Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 1 PHN NG HT NHèN A. LÝ THUYẾT I. CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ * Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn + Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn gọi là các nuclôn. Có hai loại nuclôn: prôton, kí hiệu p, khối lượng m p = 1,67262.10 -27 kg, mang một điện tích nguyên tố dương +e, và nơtron kí hiệu n, khối lượng m n = 1,67493.10 -27 kg, không mang điện. Prôtôn chính là hạt nhân nguyên tử hiđrô. + Số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng tuần hoàn; Z được gọi là nguyên tử số. Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối, kí hiệu A. Như vậy số nơtron trong hạt nhân là: N = A – Z. + Kí hiệu hạt nhân: X A Z . Nhiều khi, để cho gọn, ta chỉ cần ghi số khối, vì kí hiệu hóa học đã xác định Z rồi. + Kích thước hạt nhân: nếu coi hạt nhân như một quả cầu bán kính R thì R phụ thuộc vào số khối theo công thức gần đúng: R = 1,2.10 -15 A 3 1 m. * ðồng vị Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z (có cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn), nhưng có số nơtron N khác nhau. Các đồng vị còn được chia làm hai loại: đồng vị bền và đồng vị phóng xạ. Trong thiên nhiên có khoảng gần 300 đồng vị bền; ngoài ra người ta còn tìm thấy vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo. * ðơn vị khối lượng nguyên tử Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u. Một đơn vị u có giá trị bằng 12 1 khối lượng của đồng vị cacbon 12 6 C. 1u = 1,66055.10 -27 kg. Khối lượng của một nuclôn xấp xĩ bằng u. Nói chung một nguyên tử có số khối A thì có khối lượng xấp xĩ bằng A.u. * Khối lượng và năng lượng Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng: E = mc 2 . Từ hệ thức Anhxtanh suy ra m = 2 c E chứng tỏ khối lượng có thể đo bằng đơn vị của năng lượng chia cho c 2 , cụ thể là eV/c 2 hay MeV/c 2 . Theo lí thuyết của Anhxtanh, một vật có khối lượng m 0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với tốc độ v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với: m = 2 2 0 1 c v m − trong đó m 0 được gọi là khối lượng nghỉ và m gọi là khối lượng động. * Lực hạt nhân Lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là lực hút, gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nuclôn lại với nhau. Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích của nuclôn. So với lực điện từ và lực hấp dẫn, lực hạt nhân có cường độ rất lớn (còn gọi là lực tương tác mạnh) và chỉ tác dụng khi hai nuclôn cách nhau một khoảng bằng hoặc nhỏ hơn kích thước hạt nhân (khoảng 10 -15 m). * ðộ hụt khối và năng lượng liên kết + Độ hụt khối của một hạt nhân là hiệu số giữa tổng khối lượng của các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân và khối lượng hạt nhân đó: ∆ m = Zm p + (A – Z)m n – m hn + Năng lượng liên kết của hạt nhân là năng lượng toả ra khi các nuclôn riêng lẽ liên kết thành hạt nhân và đó cũng chính là năng lượng cần cung cấp để phá vở hạt nhân thành các nuclôn riêng lẽ : ∆ E lk = ∆ m.c 2 . + Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn ( lk E A ∆ ) gọi là năng lượng liên kết riêng của hạt nhân, đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân. Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 2 II. PHÓNG XẠ * Hiện tượng phóng xạ Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Quá trình phân rã phóng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong gây ra và hoàn toàn không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, … Người ta quy ước gọi hạt nhân phóng xạ là hạt nhân mẹ và hạt nhân phân rã là hạt nhân con. * Các tia phóng xạ : + Tia α : là chùm hạt nhân hêli 4 2 He, gọi là hạt α , được phóng ra từ hạt nhân với tốc độ khoảng 2.10 7 m/s. Tia α làm ion hóa mạnh các nguyên tử trên đường đi của nó và mất năng lượng rất nhanh. Vì vậy tia α chỉ đi được tối đa 8cm trong không khí và không xuyên qua được tờ bìa dày 1mm. + Tia β : là các hạt phóng xạ phóng ra với vận tốc rất lớn, có thể đạt xấp xỉ bằng vận tốc ánh sáng. Tia β cũng làm ion hóa môi trường nhưng yếu hơn so với tia α . Vì vậy tia β có thể đi được quãng đường dài hơn, tới hàng trăm mét trong không khí và có thể xuyên qua được lá nhôm dày cỡ vài mm. Có hai loại tia β : - Loại phổ biến là tia β - . Đó chính là các electron (kí hiệu 0 1 − e). - Loại hiếm hơn là tia β + . Đó chính là pôzitron, hay electron dương (kí hiệu 0 1 + e, có cùng khối lượng như electron nhưng mang điện tích nguyên tố dương. + Tia γ : là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 10 -11 m), cũng là hạt phôtôn có năng lượng cao. Vì vậy tia γ có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia α và β . Trong phân rã α và β , hạt nhân con có thể ở trong trạng thái kích thích và phóng xạ ra tia γ để trở về trạng thái cơ bản. Do đó, tia γ thường là bức xạ đi kèm các phóng xạ α và β. * ðịnh luật phóng xạ : Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm mũ với số mũ âm. Các công thức biểu thị định luật phóng xạ: N(t) = N o T t− 2 = N o e -λt và m(t) = m o T t− 2 = m o e -λt . Với λ = T T 693,02ln = gọi là hằng số phóng xạ; T gọi là chu kì bán rã: sau khoảng thời gian T số lượng hạt nhân chất phóng xạ còn lại 50% (50% số lượng hạt nhân bị phân rã). * ðộ phóng xạ : Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ tại thời điểm t bằng tích của hằng số phóng xạ và số lượng hạt nhân phóng xạ chứa trong lượng chất phóng xạ vào thời điểm đó. H = λ N = λ N o e -λt = H o e -λt = H o T t− 2 Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ giảm theo thời gian theo cùng quy luật hàm mũ giống như số hạt nhân (số nguyên tử) của nó. Đơn vị độ phóng xạ là beccơren (Bq): 1Bq = 1phân rã/giây. Trong thực tế người ta còn dùng một đơn vị khác là curi (Ci): 1Ci = 3,7.10 10 Bq; xấp xĩ bằng độ phóng xạ của một gam rađi. * ðồng vị phóng xạ Ngoài các đồng vị phóng xạ có sẵn trong thiên nhiên, gọi là đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta cũng chế tạo được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo. Các đồng vị phóng xạ nhân tạo thường thấy thuộc loại phân rã β và γ . Các đồng vị phóng xạ của một nguyên tố hóa học có cùng tính chất hóa học như đồng vị bền của nguyên tố đó. Ứng dụng: Đồng vị 60 27 Co phóng xạ tia γ dùng để soi khuyết tật chi tiết máy, diệt khuẫn để bảo vệ nông sản, chữa ung thư. Các đồng vị phóng xạ 1+A Z X được gọi là nguyên tử đánh dấu, cho phép ta khảo sát sự tồn tại, sự phân bố, sự vận chuyển của nguyên tố X. Phương pháp nguyên tử đáng dấu có nhiều ứng dụng quan trọng trong sinh học, hóa học, y học, . Đồng vị cacbon 14 6 C phóng xạ tia β - có chu kỳ bán rã 5730 năm được dùng để định tuổi các vật cổ. Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 3 III. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN * Phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân. + Phản ứng hạt nhân thường được chia thành hai loại: - Phản ứng tự phân rã một hạt nhân không bền vững thành các hạt khác. - Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác. Phản ứng hạt nhân dạng tổng quát: A + B → C + D Trong trường hợp phóng xạ: A → B + C * Các ñịnh luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân + Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A) : Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ): Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm. + Định luật bảo toàn động lượng: Véc tơ tổng động lượng của các hạt tương tác bằng véc tơ tổng động lượng của các hạt sản phẩm. * Năng lượng trong phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: A + B → C + D. Gọi m o = m A + m B và m = m C + m D . Ta thấy m 0 ≠ m. + Khi m 0 > m: Phản ứng tỏa ra một năng lượng: W = (m 0 – m)c 2 . Năng lượng tỏa ra này thường gọi là năng lượng hạt nhân. Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt nhân ban đầu, nghĩa là các hạt nhân sinh ra bền vững hơn các hạt nhân ban đầu. + Khi m 0 < m: Phản ứng không thể tự nó xảy ra. Muốn cho phản có thể xảy ra thì phải cung cấp cho các hạt A và B môït năng lượng W dưới dạng động năng. Vì các hạt sinh ra có động năng W đ nên năng lượng cần cung cấp phải thỏa mãn điều kiện: W = (m – m 0 )c 2 + W đ . Các hạt nhân sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn các hạt nhân ban đầu, nghĩa là các hạt nhân sinh ra kém bền vững hơn các hạt nhân ban đầu. * Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng + Hai hạt nhân rất nhẹ (có số khối A < 10) như hiđrô, hêli, … kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Vì sự tổng hợp hạt nhân chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao nên phản ứng này gọi là phản ứng nhiệt hạch. + Một hạt nhân nặng vỡ thành hai mãnh nhẹ hơn (có khối lượng cùng cỡ). Phản ứng này gọi là phản ứng phân hạch. IV. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH * Sự phân hạch Dùng nơtron nhiệt (còn gọi là nơtron chậm) có năng lượng cở 0,01eV bắn vào 235 U ta có phản ứng phân hạch: 1 0 n + 135 92 U → 1 1 A Z X 1 + 2 2 A Z X 2 + k 1 0 n Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch: sau mỗi phản ứng đều có hơn hai nơtron được phóng ra, và mỗi phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn. Người ta thường gọi đó là năng lượng hạt nhân. / / 235 1 236 A A 1 92 0 92 Z 0 Z U n U X Y k n 200MeV + → → + + + . * Phản ứng phân hạch dây chuyền + Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch của urani (hoặc plutoni, …) lại có thể bị hấp thụ bởi các hạt nhân urani (hoặc plutoni, …) khác ở gần đó, và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta có phản ứng phân hạch dây chuyền. + Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền: Muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét tới số nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (còn gọi là hệ số nhân nơtron) - Nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền không xảy ra. - Nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi. Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển được. - Nếu k > 1 thì dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ nguyên tử. Đó là phản ứng dây chuyền không điều khiển được. Để giảm thiểu số nơtron bị mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có k ≥ 1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn m th . Với 235 U thì m th vào cỡ 15kg; với 239 U thì m th vào cỡ 5kg. Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 4 * Lò phản ứng hạt nhân. Nhà máy ñiện hạt nhân Phản ứng hạt nhân dây chuyền tự duy trì, có điều khiển, được thực hiện trong thiết bị gọi là lò phản ứng hạt nhân. Trong phần lớn các lò phản ứng nhiên liệu phân hạch là 235 U hay 238 Pu. Để đảm bảo cho k = 1, trong các lò phản ứng người ta dùng các thanh điều khiển có chứa bo hay cađimi là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron. Bộ phân chính của nhà máy điện hạt nhân là lò phản ứng hạt nhân. Chất tải nhiệt sơ cấp, sau khi chạy qua vùng tâm lò, sẽ chảy qua bộ trao đổi nhiệt, cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi. Hơi nước làm chạy tua bin phát điện giống như trong các nhà máy điện thông thường. * Phản ứng nhiệt hạch Khi hai hạt nhân nhẹ kết hợp lại để tạo nên một hạt nhân nặng hơn thì có năng lượng tỏa ra. Phản ứng kết hợp hạt nhân chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao nên mới gọi là phản ứng nhiệt hạch Con người mới chỉ thực hiện được phản ứng này dưới dạng không kiểm soát được (bom H). Thí dụ : nHeHH 1 0 3 2 2 1 2 1 +→+ +3,25MeV. nHeHH 1 0 4 2 3 1 2 1 +→+ +17,6MeV. So với phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lượng lớn hơn nhiều khi có cùng khối lượng nhiên liệu. * Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ Phản ứng nhiệt hạch trong lòng Mặt Trời và các ngôi sao là nguồn gốc năng lượng của chúng. * Thực hiện phản ứng nhiệt hạch trên Trái ðất Trên Trái Đất, con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng không kiểm soát được. Đó là sự nổ của bom nhiệt hạch hay bom H (còn gọi là bom hiđrô hay bom khinh khí). Vì năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch rất nhiều, và vì nhiên liệu nhiệt hạch có thể coi là vô tận trong thiên nhiên, nên một vấn đề quan trọng đặt ra là: làm thế nào để thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng kiểm soát được, để đảm bảo cung câó năng lượng lâu dài cho nhân loại. Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 5 CH  Væ PHNG PHçP GII TOçN Phn 1: Hin tng ph‚ng x Chủ ñề 1: Tính số hạt có trong m gam chất phóng xạ. Vận dụng công thức ñịnh luật phóng xạ tính số hạt còn lại, khối lượng còn lại, ñộ phóng xạ còn lại của một lượng chất phóng xạ sau khoảng thời gian t. Bài toán tính tuổi của mẫu vật. Phương pháp giải: - Tính số hạt có trong m gam chất phóng xạ. + Số hạt có trong m gam chất phóng xạ được xác định bởi biểu thức: 4,22 V N N A m n A === . Trong đó A là khối lượng mol, N A là số Avogadro N A = 6,023.10 23 nguyên tử/mol và V là thể tích khí ở dktc. - Vận dụng công thức ñịnh luật phóng xạ tính số hạt còn lại, khối lượng còn lại, ñộ phóng xạ còn lại của một lượng chất phóng xạ sau khoảng thời gian t. + Số hạt còn lại: 0 0 . 2 . − − = = t t T N N N e λ + Số hạt đã bị phân rã: ( ) 0 0 0 . 1 2 . 1 − −   ∆ = − = − = −     t t T N N N N N e λ + Khối lượng còn lại: 0 0 . 2 . − − = = t t T m m m e λ + Khối lượng đã bị phân rã: ( ) 0 0 0 . 1 2 . 1 − −   ∆ = − = − = −     t t T m m m m m e λ + Độ phóng xạ còn lại: 0 0 . 2 . − − = = t t T H H H e λ ; 0 0 ; = = H N H N λ λ + Số phân rã đã xảy ra hay số vết mà máy đếm xung ghi được: ( ) 0 0 0 . 1 2 . 1 − −   ∆ = − = − = −     t t T H H H H H e λ Chủ ñề 2: Tính ñộ hụt khối trong liên kết tạo thành hạt nhân. Tính năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng. Tính ñộ hụt khối trong hiện tượng phóng xạ. Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng. Phương pháp giải: - Tính ñộ hụt khối trong liên kết tạo thành hạt nhân. + Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclôn, bán kính tương tác khoảng 15 10 m − . + Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân gọi là tương tác mạnh. + Khối lượng hạt nhân hn m luôn nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó một lượng m ∆ . Độ hụt khối trong liên kết tạo thành hạt nhân được tính: . ( ).   ∆ = + − −   p N hn m Z m A Z m m + Năng liên kêt là năng lượng tỏa ra khi tạo thành một hạt nhân (hay năng lượng thu vào để phá vỡ một hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt). Năng lượng liên kết được tính: 2 2 . . . .   = + − = ∆   lk p n hn E Z m N m m c m c . + Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính trên một nuclôn: = lk lk E A ε . + Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. - Tính ñộ hụt khối trong hiện tượng phóng xạ. Năng lượng tỏa ra của phản ứng. + Khi đề cho khối lượng: 2 ; . ∆ = − ∆ = ∆ t s m m m E m c . + Khi đề cho độ hụt khối của các hạt nhân trước phản ứng: 2 ; . ∆ = ∆ − ∆ ∆ = ∆ −∆ = ∆ s t s t m m m E E E m c . Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 6 - ∆E > 0: Phản ứng tỏa năng lượng. - ∆E < 0: Phản ứng thu năng lượng. Lưu ý rằng trong hiện tượng phóng xạ luôn luôn là phản ứng tỏa năng lượng Chủ ñề 3: Tính ñộng năng của các hạt trong hiện tượng phóng xạ. Xây dựng mối liên hệ giữa khối lượng, vận tốc và ñộng năng. Phương pháp giải: + Năng lượng tỏa ra trong phản ứng hạt nhân dưới dạng động năng của các hạt nhân con. Từ đó, ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng và năng lượng, ta có thể tính được động năng của các hạt nhân con trong hiện tượng phóng xạ. + Xét phản ứng hạt nhân: A → B + C - Năng lượng tỏa ra trong phản ứng: ( ) 2 2 . . ∆ = ∆ = − +     A B C E m c m m m c . - Ấp dụng bảo toàn năng lượng: ∆ + = + A B C E K K K . Nếu hạt nhân mẹ ban đầu đứng yên thì K A = 0. - Áp dụng bảo toàn động lượng: = + A B C p p p . Nếu hạt nhân mẹ ban đầu đứng yên thì p A = 0. - Xét cho trường hợp hạt nhân mẹ đứng yên: 2 2 2 2= − → = ↔ = B C B C B B C C p p p p m K m K . - Từ đó ta có: . ; . ; ∆ ∆ = = = = + + C B B B C C B B C B C C B C m K v E E K m K m m m m m K m v Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 7 Phn 2: Phn ng ht nhŽn Chủ ñề 1: Vận dụng ñịnh luật bảo toàn số khối và ñiện tích ñể viết phương trình phản ứng. Xác ñịnh ñộ dịch chuyển của hạt nhân con trong phản ứng hạt nhân. Phương pháp giải: - Tính số hạt có trong m gam chất phóng xạ. + Xét phản ứng hạt nhân tổng quát có dạng: 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 A A A A Z Z Z Z X X X X + → + + Định luật bảo toàn số khối: 1 2 3 4 + = + A A A A + Định luật bảo toàn điện tích: 1 2 3 4 + = + Z Z Z Z - Phóng xạ 4 2 ( ) He α : hạt nhân con lùi hai ô so với hạt nhân mẹ trong bảng tuần hoàn. 4 4 2 2 A A Z Z X He Y − − → + - Phóng xạ 0 1 ( ) e β − − : hạt nhân con tiến một ô so với hạt nhân mẹ trong bảng tuần hoàn. 0 1 1 A A Z Z X e Y − + → + - Phóng xạ 0 1 ( ) e β + + : hạt nhân con lùi một ô so với hạt nhân mẹ trong bảng tuần hoàn. 0 1 1 A A Z Z X e Y + − → + - Phóng xạ γ : * 0 0 A A Z Z X X γ → + Chủ ñề 2: Tính năng lượng tỏa ra hoặc thu vào trong phản ứng hạt nhân trong trường hợp bài toán cho khối lượng, cho ñộ hụt khối, cho năng lượng liên kết, cho năng lượng liên kết riêng. Phương pháp giải: + Khi đề cho khối lượng: 2 ; . ∆ = − ∆ = ∆ t s m m m E m c . + Khi đề cho độ hụt khối của các hạt nhân trước và sau phản ứng: 2 ; . ∆ = ∆ − ∆ ∆ = ∆ −∆ = ∆ s t s t m m m E E E m c + Khi đề cho năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng: . . ∆ = ∆ − ∆ = − ∑ ∑ ∑ ∑ s t s s t t E E E A A ε ε - ∆E > 0: Phản ứng tỏa năng lượng. - ∆E < 0: Phản ứng thu năng lượng. Chủ ñề 3: Vận dụng ñịnh luật bảo toàn ñộng lượng và ñịnh luật bảo toàn năng lượng ñể tính vận tốc, ñộng năng của các hạt nhân con trong phản ứng hạt nhân. Tính vận tốc chuyển ñộng của các hạt nhân con. Kết hợp bài toán hạt mang ñiện chuyển ñộng trong ñiện trường, từ trường. Phương pháp giải: + Xét phản ứng hạt nhân tổng quát có dạng: 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 A A A A Z Z Z Z X X X X + → + + Áp dụng bảo toàn năng lượng: 2 2 2 2 1 1 2 2 3 3 4 4 1 2 3 4 . . . . + + + = + + + → ∆ + + = + m c K m c K m c K m c K E K K K K + Áp dụng bảo toàn động lượng: 1 2 3 4 1 1 2 2 3 3 4 4 + = + ↔ + = + p p p p m v m v m v m v         + Giải hệ phương trình trên ta có thể tính được động năng của các hạt nhân con trong phản ứng, từ đó ta có thể tính được vận tốc của các hạt tương ứng. Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 8 BæI TP §Ò thi m«n 12 Phong xa - Tap 1 (M· ®Ò 278) C©u 1 : Hạt nhân 35 17 Cl có: A. 35 nuclôn B. 35 nơtron C. 17 nơtron D. 18 proton C©u 2 : Một chất phóng xạ ban đầu có N 0 hạt nhân. Sau 1 năm, còn lại một phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã. Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân rã của chất phóng xạ đó là A. 0 4 N B. 0 16 N C. 0 9 N D. 0 6 N C©u 3 : Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có A. cùng số nuclôn nhưng khác số prôtôn. B. cùng số nơtron nhưng khác số prôtôn. C. cùng số nuclôn nhưng khác số nơtron. D. cùng số prôtôn nhưng khác số nơtron. C©u 4 : Khi nói về tia α , phát biểu nào sau đây là sai? A. Khi đi qua điện trường giữa hai bản tụ điện, tia α bị lệch về phía bản âm của tụ điện. B. Tia α là dòng các hạt nhân heli ( 4 2 He ). C. Khi đi trong không khí, tia α làm ion hóa không khí và mất dần năng lượng. D. Tia α phóng ra từ hạt nhân với tốc độ bằng 2000 m/s. C©u 5 : Khối lượng của hạt nhân Be 10 4 là 10,0113(u), khối lượng của nơtron là m n =1,0086u, khối lượng của prôtôn là m p = 1,0072u. Độ hụt khối của hạt nhân Be 10 4 là: A. 0,0691(u) B. 0,9110(u) C. 0,0561(u) D. 0,0811(u) C©u 6 : Biết số Avôgađrô N A = 6,02.10 23 hạt/mol và khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó. Số prôtôn (prôton) có trong 0,27 gam Al 13 27 là A. 6,826.10 22 . B. 7,826.10 22 . C. 8,826.10 22 . D. 9,826.10 22 . C©u 7 : Hạt nhân C 12 6 bị phân rã thành 3 hạt α dưới tác dụng của tia γ . Bước sóng ngắn nhất của tia γ để phản ứng xảy ra: A. 296.10 -5 0 A B. 189.10 -5 0 A C. 258.10 -5 0 A D. 301.10 -5 0 A C©u 8 : Hạt nhân 210 84 Po đang đứng yên thì phóng xạ α, ngay sau phóng xạ đó, động năng của hạt α A. bằng động năng của hạt nhân con. B. nhỏ hơn động năng của hạt nhân con. C. lớn hơn động năng của hạt nhân con. D. chỉ có thể nhỏ hơn hoặc bằng động năng của hạt nhân con. C©u 9 : Cho: m C = 12,00000 u; m p = 1,00728 u; m n = 1,00867 u; 1u = 1,66058.10 -27 kg; 1eV = 1,6.10 -19 J ; c = 3.10 8 m/s. Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân C 12 6 thành các nuclôn riêng biệt bằng A. 72,7 MeV. B. 89,4 MeV. C. 44,7 MeV. D. 8,94 MeV. C©u 10 : Hạt nhân Poloni đứng yên, phóng xạ α biến thành hạt nhân X. Cho m Po =209,9373u; m α = 4,0015u; m X = 205,9294u; 1u = 931,5 MeV/c 2 . Vận tốc hạt α phóng ra là: A. 1,27.10 7 m/s B. 1,68.10 7 m/s C. 2,12.10 7 m/s D. 3,27.10 7 m/s C©u 11 : Một hạt nhân X đứng yên, phóng xạ α và biến thành hạt nhân Y. Gọi m 1 và m 2 , v 1 và v 2 , K 1 và K 2 tương ứng là khối lượng, tốc độ, động năng của hạt α và hạt nhân Y. Hệ thức nào sau đây là đúng ? A. 1 2 2 2 1 1 v m K v m K = = B. 1 2 1 2 1 2 v m K v m K = = C. 2 2 2 1 1 1 v m K v m K = = D. 1 1 1 2 2 2 v m K v m K = = C©u 12 : Gọi τ là khoảng thời gian để số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn lần. Sau thời gian 2 τ số hạt nhân còn lại của đồng vị đó bằng bao nhiêu phần trăm số hạt nhân ban đầu? A. 93,75%. B. 13,5%. C. 6,25%. D. 25,25%. C©u 13 : Với c là vận tốc ánh sáng trong chân không, hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng nghỉ E và khối lượng m của vật là: A. E = 2mc 2 B. E = mc 2 /2 C. E = m 2 c D. E= mc 2 C©u 14 : Trong quá trình phân rã hạt nhân U 92 238 thành hạt nhân U 92 234 , đã phóng ra một hạt α và hai hạt A. nơtrôn B. êlectrôn C. pôzitrôn D. prôtôn C©u 15 : Hạt nhân 10 4 Be có khối lượng 10,0135u. Khối lượng của nơtrôn (nơtron) m n = 1,0087u, khối lượng Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 9 của prôtôn (prôton) m P = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c 2 . Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 10 4 Be là A. 0,6321 MeV. B. 63,2152 MeV. C. 6,3215 MeV. D. 632,1531 MeV. C©u 16 : Radian C có chu kì bán rã là 20 phút. Một mẫu Radian C có khối lượng là 2g. Sau 1h40phút, lượng chất đã phân rã có giá trị nào? A. 1,25g B. 0,0625g C. 0,25g D. 1,9375g C©u 17 : Cho khối lượng của prôtôn; nơtron; 40 18 Ar ; 6 3 Li lần lượt là: 1,0073 u; 1,0087 u; 39,9525 u; 6,0145 u và 1 u = 931,5 MeV/c 2 . So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 6 3 Li thì năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 40 18 Ar A. lớn hơn một lượng là 5,20 MeV. B. nhỏ hơn một lượng là 5,20 MeV. C. lớn hơn một lượng là 3,42 MeV. D. nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV. C©u 18 : Hạt nhân C 6 14 phóng xạ β - . Hạt nhân con được sinh ra có A. 6 prôtôn và 7 nơtrôn B. 5 prôtôn và 6 nơtrôn C. 7 prôtôn và 6 nơtrôn D. 7 prôtôn và 7 nơtrôn C©u 19 : Khi nói về sự phóng xạ, phát biểu nào dưới đây là đúng? A. Sự phóng xạ phụ thuộc vào áp suất tác dụng lên bề mặt của khối chất phóng xạ. B. Phóng xạ là phản ứng hạt nhân toả năng lượng. C. Sự phóng xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất phóng xạ. D. Chu kì phóng xạ của một chất phụ thuộc vào khối lượng của chất đó. C©u 20 : Tìm phát biểu sai về năng lượng liên kết. A. Hạt nhân có năng lượng liên kết ∆ E càng lớn thì càng bền vững. B. Muốn phá vỡ hạt nhân có khối lượng m thành các nuclôn có tổng khối lượng m 0 > m thì cần năng lượng ∆ E = (m 0 - m)c 2 để thắng lực hạt nhân. C. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng nhỏ thì càng kém bền vững. D. Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn gọi là năng lượng liên kết riêng. C©u 21 : So với hạt nhân 29 14 Si , hạt nhân 40 20 Ca có nhiều hơn A. 11 nơtrôn và 6 prôtôn. B. 5 nơtrôn và 12 prôtôn. C. 6 nơtrôn và 5 prôtôn. D. 5 nơtrôn và 6 prôtôn. C©u 22 : Phóng xạ và phân hạch hạt nhân A. đều không phải là phản ứng hạt nhân. B. đều là phản ứng hạt nhân thu năng lượng. C. đều là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng. D. đều có sự hấp thụ nơtron chậm. C©u 23 : Phát biểu nào là sai? A. Các đồng vị của cùng một nguyên tố có cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn. B. Các đồng vị của cùng một nguyên tố có số nơtrôn khác nhau nên tính chất hóa học khác nhau. C. Các đồng vị phóng xạ đều không bền. D. Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôtôn nhưng có số nơtrôn (nơtron) khác nhau gọi là đồng vị. C©u 24 : Khối lượng của hạt nhân Be 10 4 là 10,0113(u), khối lượng của nơtron là m n =1,0086u, khối lượng của prôtôn là m p =1,0072u và 1u=931MeV/c 2 . Năng lượng liên kết của hạt nhân Be 10 4 là: A. 64,332 (MeV) B. 6,4332 (MeV) C. 0,064332 (MeV) D. 6,4332 (KeV) C©u 25 : Giả sử hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau và số nuclôn của hạt nhân X lớn hơn số nuclôn của hạt nhân Y thì A. năng lượng liên kết của hạt nhân X lớn hơn năng lượng liên kết của hạt nhân Y. B. năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân bằng nhau. C. hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X. D. hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y. C©u 26 : Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết A. tính riêng cho hạt nhân ấy. B. tính cho một nuclôn. C. của một cặp prôtôn-prôtôn. D. của một cặp prôtôn-nơtrôn (nơtron). C©u 27 : Hạt nhân A đang đứng yên thì phân rã thành hạt nhân B có khối lượng m B và hạt α có khối lượng m α . Tỉ số giữa động năng của hạt nhân B và động năng của hạt α ngay sau phân rã bằng A. 2 B m m α       B. 2 B m m α       C. B m m α D. B m m α C©u 28 : Ban đ ầu có 20 gam chất phóng xạ X có chu k ì bán rã T. Kh ối l ư ợng của chất X c òn l ại sau khoảng Bài tập 12 luyện thi ðại học - Trần Thế An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 10 thời gian 3T, kể từ thời điểm ban đầu bằng A. 3,2 gam. B. 2,5 gam. C. 4,5 gam. D. 1,5 gam. C©u 29 : Hạt nhân càng bền vững khi có A. năng lượng liên kết càng lớn. B. năng lượng liên kết riêng càng lớn. C. số nuclôn càng lớn. D. số nuclôn càng nhỏ. C©u 30 : Biết khối lượng của prôtôn; nơtron; hạt nhân 16 8 O lần lượt là 1,0073 u; 1,0087 u; 15,9904 u và 1u = 931,5 MeV/c 2 . Năng lượng liên kết của hạt nhân 16 8 O xấp xỉ bằng A. 190,81 MeV. B. 18,76 MeV. C. 128,17 MeV. D. 14,25 MeV. C©u 31 : Ban đầu (t = 0) có một mẫu chất phóng xạ X nguyên chất. Ở thời điểm t 1 mẫu chất phóng xạ X còn lại 20% hạt nhân chưa bị phân rã. Đến thời điểm t 2 = t 1 + 100 (s) số hạt nhân X chưa bị phân rã chỉ còn 5% so với số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 200 s. B. 25 s. C. 50 s. D. 400 s. C©u 32 : Ban đầu có N 0 hạt nhân của một mẫu phóng xạ nguyên chất. Biết chu kì bán rã của chất phóng xạ này là T. Sau thời gian 3T, kể từ thời điểm ban đầu, số hạt nhân chưa phân rã của mẫu phóng xạ này bằng A. 5 1 N 0 . B. 4 1 N 0 . C. 3 1 N 0 . D. 8 1 N 0 . C©u 33 : Xét 4 hạt: nơtrinô, nơtron, prôtôn, êlectron. Các hạt này được sắp xếp theo thứ tự giảm dần của khối lượng nghỉ : A. prôtôn, nơtron, êlectron, nơtrinô B. nơtron, prôtôn, êlectron, nơtrinô C. nơtron, prôtôn, nơtrinô, êlectron D. nơtrinô, nơtron, prôtôn, êlectron C©u 34 : Hạt nhân phóng xạ Pôlôni Po 210 84 đứng yên phát ra tia α và sinh ra hạt nhân con X. Gọi K là động năng, v là vận tốc, m là khối lượng của các hạt. Biểu thức nào là đúng A. α αα m m v v K K x XX == B. αα α m m v v K K xx X == C. X x X m m v v K K α α α == D. XXX m m v v K K ααα == C©u 35 : Hạt nhân 1 1 A Z X phóng xạ và biến thành một hạt nhân 2 2 A Z Y bền. Coi khối lượng của hạt nhân X, Y bằng số khối của chúng tính theo đơn vị u. Biết chất phóng xạ 1 1 A Z X có chu kì bán rã là T. Ban đầu có một khối lượng chất 1 1 A Z X, sau 2 chu kì bán rã thì tỉ số giữa khối lượng của chất Y và khối lượng của chất X là A. 1 2 A 4 A B. 2 1 A 4 A C. 2 1 A 3 A D. 1 2 A 3 A C©u 36 : Hạt nhân Cl 17 37 có khối lượng nghỉ bằng 36,956563u. Biết khối lượng của nơtrôn (nơtron) là1,008670u, khối lượng của prôtôn (prôton) là 1,007276u và u = 931 MeV/c 2 . Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Cl1737 bằng A. 9,2782 MeV. B. 8,5684 MeV. C. 8,2532 MeV. D. 7,3680 MeV. C©u 37 : Trong khoảng thời gian 4h có 75% số hạt nhân ban đầu của một đồng vị phóng xạ bị phân rã. Chu kì bán rã của đồng vị đó là: A. 2h B. 3h C. 1h D. 4h C©u 38 : So với hạt nhân 40 20 Ca , hạt nhân 56 27 Co có nhiều hơn A. 7 nơtron và 9 prôtôn. B. 11 nơtron và 16 prôtôn. C. 16 nơtron và 11 prôtôn. D. 9 nơtron và 7 prôtôn. C©u 39 : Hạt nhân Triti ( T 1 3 ) có A. 3 nơtrôn (nơtron) và 1 prôtôn. B. 3 nuclôn, trong đó có 1 prôtôn. C. 3 nuclôn, trong đó có 1 nơtrôn (nơtron). D. 3 prôtôn và 1 nơtrôn (nơtron). C©u 40 : Chất phóng xạ pôlôni 210 84 Po phát ra tia α và biến đổi thành chì 206 82 Pb . Cho chu kì bán rã của 210 84 Po là 138 ngày. Ban đầu (t = 0) có một mẫu pôlôni nguyên chất. Tại thời điểm t 1 , tỉ số giữa số hạt nhân pôlôni và số hạt nhân chì trong mẫu là 1 3 . Tại thời điểm t 2 = t 1 + 276 ngày, tỉ số giữa số hạt nhân [...]... t c a h t nhõn Be10 l 6,4332KeV B 6,4332MeV C 0,64332MeV D 64,332MeV Trong phúng x h t nhõn con: Lựi m t ụ trong b ng phõn lo i tu n hon Ti n m t ụ trong b ng phõn lo i tu n hon Khụng thay ủ i v trớ trong b ng tu n hon Ti n hai ụ trong b ng phõn lo i tu n hon T s bỏn kớnh c a hai h t nhõn 1 v 2 b ng r1/r2 = 2 T s nng l ng liờn k t trong hai h t nhõn ủú x p x b ng bao nhiờu? 6 B 4 C 2 D 8 10 Kh i l... ủ t xen k trong ch t lm ch n ntron C Ph n ng h t nhõn dõy chuy n ủ c th c hi n trong cỏc lũ ph n ng h t nhõn D Trong lũ ph n ng h t nhõn cú cỏc thanh ủi u khi n ủ ủ m b o cho h s nhõn ntron l n hn 1 Câu 76 : Chu k bỏn ró 210 Po l 138 ngy Khi phúng ra tia polụni bi n thnh chỡ Sau 276 ngy, kh i 84 l ng chỡ ủ c t o thnh t 1mg Po ban ủ u l: A 0,7357mg B 0,4967mg C 0,6391mg D 0,5516mg Câu 77 : Trong 587... ủú l 8 gi B 4 gi C 3 gi D 2 gi Phỏt bi u no sau ủõy l sai khi núi v hi n t ng phúng x ? Trong phúng x , h t nhõn con cú s ntron nh hn s ntron c a h t nhõn m Trong phúng x -, h t nhõn m v h t nhõn con cú s kh i b ng nhau, s prụtụn khỏc nhau Trong phúng x , cú s b o ton ủi n tớch nờn s prụtụn ủ c b o ton Trong phúng x +, h t nhõn m v h t nhõn con cú s kh i b ng nhau, s ntron khỏc nhau M t h t cú... : Trong kho ng th i gian 4h cú 75% s h t nhõn ban ủ u c a m t ủ ng v phúng x b phõn ró Chu kỡ bỏn ró c a ủ ng v ủú l: A 2h B 3h C 1h D 4h 56 Câu 38 : So v i h t nhõn 40 Ca, h t nhõn 27 Co cú nhi u hn 20 A 7 ntron v 9 prụtụn B 11 ntron v 16 prụtụn C 16 ntron v 11 prụtụn D 9 ntron v 7 prụtụn Câu 39 : H t nhõn Triti ( T13 ) cú A 3 ntrụn (ntron) v 1 prụtụn B 3 nuclụn, trong ủú cú 1 prụtụn 3 nuclụn, trong. .. 37 thỡ tu i c a ủỏ y l bao nhiờu nm? B 2.109 nm C 2.107 nm D 2.1010 nm 2.108 nm 238 S h t nhõn cú trong 1 gam 92 U nguyờn ch t l 1,83.1021h t B 4,13.1021h t C 6,55.1021h t D 2,53.1021h t 31 M t m u phúng x 14 Si ban ủ u trong 5 phỳt cú 196 nguyờn t b phõn ró, nhng sau ủú 5,2 gi (k 31 t t = 0) cựng trong 5 phỳt ch cú 49 nguyờn t b phõn ró Chu k bỏn ró c a 14 Si l A 2,6 gi B 5,2 gi C 3,3 gi D 4,8 gi... ng phúng x ? A Hi n t ng phúng x do cỏc nguyờn nhõn bờn trong h t nhõn gõy ra B Hi n t ng phúng x tuõn theo ủ nh lu t phúng x C Hi n t ng phúng x l tr ng h p riờng c a ph n ng h t nhõn D Hi n t ng phúng x c a m t ch t s x y ra nhanh hn n u cung c p cho nú m t nhi t ủ cao Câu 23 : phúng x 14 C trong m t t ng g c b ng 0,65 l n ủ phúng x c a 14 C trong m t g cựng kh i l ng v a m i ch t Chu kỡ bỏn ró c... 238 g/mol S ntrụn trong 119 gam urani l: 92 25 A 8,8.10 B 4,4.1025 C 1,2.1025 D 2,2.1025 Câu 28 : S prụtụn cú trong 15,9949 gam 16 O l bao nhiờu ? 8 A 6,023.1023 B 96,34.1023 C 14,45.1024 D 4,82.1024 Câu 29 : Xột ph n ng: A B + H t nhõn m ủ ng yờn, h t nhõn con v h t cú kh i l ng v v n t c l n l t l vB, mB v v, m T s gi a vB v v b ng A mB/m B 2 mB / m C m/mB D 2m/mB 235 Câu 30 : Trong nguyờn t ủ... t c ủ 0,6c (c l t c ủ ỏnh sỏng trong chõn khụng) l 0,36m0c2 B 0,225m0c2 C 0,25m0c2 D 1,25m0c2 23 -1 238 Bi t NA = 6,02.10 mol Trong 59,50 g 92 U cú s ntron x p x l 2,38.1023 B 1,19.1025 C 2,20.1025 D 9,21.1024 M t h t nhõn c a ch t phúng x A ủang ủ ng yờn thỡ phõn ró t o ra hai h t B v C G i mA, mB, mC l n l t l kh i l ng ngh c a cỏc h t A, B, C v c l t c ủ ỏnh sỏng trong chõn khụng Quỏ trỡnh phúng... nhiờn li u (urani) dó ủ c ln gi u ủ t xen k trong ch t lm Bi t p 12 luy n thi i h c - Tr n Th An (tranthean1809@gmail.com 09.3556.4557) B C D Câu 76 : A Câu 77 : A Câu 78 : A Câu 79 : A Câu 80 : A C Trang 33 ch n ntron Ph n ng h t nhõn dõy chuy n ủ c th c hi n trong cỏc lũ ph n ng h t nhõn Cú cỏc ng t i nhi t v lm l nh ủ truy n nng l ng c a lũ ra ch y tua bin Trong lũ ph n ng h t nhõn cú cỏc thanh ủi... thỡ sau 7,3 ngy thu ủ c 75cm hờli chu n Tớnh chu k bỏn ró c a Ra 3985 ngy B 6744 ngy C 7688 ngy D 4567 ngy Vo lỳc t = 0, ng i ta ủ m ủ c 360 h t - phúng ra (t m t ch t phúng x ) trong m t phỳt Sau ủú 2 gi ủ m ủ c 90 h t - trong m t phỳt Chu k bỏn ró c a ch t phúng x ủú: 60 phỳt B 30 phỳt C 45 phỳt D 20 phỳt Phỏt bi u no Sai khi núi v ph n ng h t nhõn? Khi hai h t nhõn r t nh k t h p v i nhau thnh . III. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN * Phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân. + Phản ứng hạt nhân thường được chia thành hai loại: - Phản ứng tự phân rã một hạt. Lò phản ứng hạt nhân. Nhà máy ñiện hạt nhân Phản ứng hạt nhân dây chuyền tự duy trì, có điều khiển, được thực hiện trong thiết bị gọi là lò phản ứng hạt nhân. Trong phần lớn các lò phản ứng. viết phương trình phản ứng. Xác ñịnh ñộ dịch chuyển của hạt nhân con trong phản ứng hạt nhân. Phương pháp giải: - Tính số hạt có trong m gam chất phóng xạ. + Xét phản ứng hạt nhân tổng quát