Hoàng Anh Tuấn -0906069060- bài giảng luyện thi đại học 2009

• 
  Lực hạt nhân
  
• 
  Năng lượng liên kết hạt nhân
  
• 
  Phản ứng hạt nhân: phóng xạ, phân hạch, dây chuyền
  
• 
  Năng lượng phản ứng hạt nhân. Năng lượng phân hạch. Năng lượng nhiệt hạch
  

1. Cấu tạo hạt nhân: hạt nhân của bất kì nguyên tử nào cũng được cấu tạo từ hai loại hạt nuclon là proton và notron

Hạt	Điện tích	Khối lượng
Proton (p)	q = +e = +1,6.10-19 C	mp = 1,67262.10-27 kg = 1,0073u
Notron (n)	o	mn = 1,67493. 10-27 kg = 1,0087u

Tổng số nuclon trong một hạt nhân kí hiệu là A (A được gọi là số khối)

Số notron trong hạt nhân là A – Z

Ta có : A = Z + N

3. Lực hạt nhân

Lực hạt nhân . Là loại lực mạnh nhất được biết

Có bán kính tác dụng khoảng 10^-15 m

Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện, không phải là lực hấp dẫn

4.Đồng vị:

- Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số proton Z nhưng khác nhau về số notron N, gọi là đồng vị (có cùng vị trí trong bảng HTTH)

- Hầu hết các nguyên tố là hỗn hợp của nhiều đồng vị

5. Đơn vị khối lượng nguyên tử

- Đơn vị khối lượng nguyên tử (u) được định nghĩa: 1u = m_C

- Biết số Avogadro là N_A = 6,023.10^-23/mol ta tính được 1u = 1,66055.10^-27 kg

6.Hiện tượng phóng xạ

a. Thế nào là hiện tượng phóng xạ? Hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra các bức xạ không nhìn thấy gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác A B + C trong đó:

A :Hạt nhân mẹ

B :Hạt nhân con

C :Các hạt tạo thành tia phóng xạ

b. Sự phóng xạ không bị ảnh hưởng bởi các tác động bên ngoài như áp suất, nhiệt độ, ...

c. Sự phóng xạ tỏa năng lượng ( động năng, năng lượng điện từ )

d. Các dạng phóng xạ

* Phóng xạ _ZX^A _Z-2Y^A-4 + ⁴₂He

Chùm hạt nhân hêli ⁴₂He có điện tích +2e; bị lệch về bản âm của tụ điện

• 
  Phóng xạ
  

vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, truyền được vài met trong không khí và vài milimet trong kim loại

Tia là sóng điện từ có bước sóng ngắn

7. Năng lượng liên kết hạt nhân

- Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân. Lực hạt nhân có cường độ rất lớn và chỉ tác dụng khi hai nuclon cách nhau một khoảng bằng hoặc nhỏ hơn kích thước của hạt nhân

- Độ hụt khối- Năng lượng liên kết: Khối lượng m của hạt nhân _ZX^A bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclon tạo thành hạt nhân đó

m_o = Zm_p + Nm_n ; m_{o –} m là độ hụt khối hạt nhân

- Năng lượng liên kết hạt nhân

* Năng lượng của hệ các nuclon ban đầu E₀ = m₀c²

* Năng lượng của hạt nhân được tạo thành E = m.c² E₀

* Năng lượng tỏa ra khi tạo thanh hattj nhân W = E₀ – E

o

W_lk = m.c² gọi là năng lượng liên kết hạt nhân

- Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclon W_lk/A. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

8. Định luật phóng xạ: N = N₀e^- ; = = (hằng số phóng xạ)

-

* Độ phóng xạ: H = -= N = H₀ e^- (Curi, Bq)

Công thức tính số hạt nhân

N = . N_A trong đó N là hạt nhân có khối lượng m; là khối lượng mol; N_A là số Avogadro

Bài tập₁: a) Tính số nguyên tử He trong 1gam nguyên tử He, số nguyên tử Oxy trong 1g khí cacbonic.

b) Tính khối lượng củar nguyên tử vàng ¹⁹⁷₇₉Au

Cho biết: He = 4,003; O = 15,999; C= 12,011; N_A= 6,022.10²³ nguyên tử/mol
Bài tập₂: Tính năng lượng liên kết của các hạt nhân

1. 
   Đơteri H²₁, khối lượng 2,0136u
   
2. 
   Liti Li₃⁷, khối lượng 7,0160u
   

Cho biết:m_p= 1,007276u; m_n= 1,008665u; 1u= 931MeV/c²;

m (Na²³₁₁) = 22,98977u; m (Na²²₁₁) = 21,99444u

Bài tập₄: Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân C₆¹² và C₆¹⁴. Trong hai đồng vị này đồng vị nào bền hơn? Cho biết: m_p= 1,0073u; m_n= 1,0087u; 1u= 931MeV/c²; m₍C₆¹²₎= 11,9967u; m(C₆¹⁴)= 13,999u.
Dạng 2: Hiện tượng phóng xạ tự nhiên

. Định luật phóng xạ N = N₀e^- ; = = ; m = m₀e^-

. Độ phóng xạ H = -= N = H₀ e^- có đơn vị là Bq hoặc Ci với 1Ci = 3,7.10¹⁰Bq

. Xác định tuổi của mẫu vật: t = Ln

1. 
   Số nguyên tử ban đầu của Actini
   
2. 
   Số nguyên tử còn lại của Actini sau 15 ngày
   
3. 
   Độ phóng xạ của Actini sau 15 ngày
   

1. 
   Khối lượng của Côban còn lại sau 10 năm
   
2. 
   Độ phóng xạ ban đầu và độ phóng xạ sau 10 năm của Côban
   

b) Xác định tuổi của quặng urani trong đó cứ 10 nguyên tử urani có 2 nguyên tử chì. Chu kì bán rã của U²³⁸₉₂ là 4,5 tỉ năm.

_ Vận dụng các quy tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ

_ Xác định phản ứng tỏa hay thu năng lượng, tính lượng năng lượng đó
Bài tập_1: Trong thí nghiệm Rơ-dơ-pho, khi bắn phá hạt nhân Ni¹⁴₇ bằng hạt , hạt nhân nito bắt giữ hạt để tạo thành hạt nhân flo F¹⁸₉ không bền, hạt nhân này phân rã ngay tạo thành hạt nhân X và proton.

1. 
   Viết phương trình phản ứng hạt nhân
   
2. 
   Phản ứng này tỏa hay thu năng lượng
   
3. 
   Tính động năng của các hạt sinh ra và hạt ; biết rằng 2 hạt sinh ra có cùng vận tốc.
   

1u = 931 MeV/c²

Tạo nên phản ứng hạt nhân thu được notron và một hạt nhân X.

1. 
   Viết phương trình phản ứng hạt nhân, tên của hạt nhân X
   
2. 
   Tính năng lượng tỏa ra trong phản ứng
   
3. 
   Tính tần số của hiệu điện thế xoay chiều đặt vào hai nửa của máy xyclotron, cho biết từ trường đều có cảm ứng từ B = 1,26T
   

A: 0,6321 MeV; B: 63,2152 MeV; C: 6,3215 MeV; D: 632,1531 MeV

A: m_B/m B: (m_B/m)² C: (m_B/m)^-2 D: m/m_B

A: ⁺ B: và ^- C: D: ^-

A: 12,5% B: 25% C: 75% D: 87,5%

A: Đơn vị đo độ phóng xạ là becoren

B: Độ phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ

C: Với mỗi chất phóng xạ xác định thì độ phóng xạ tỉ lệ với số nguyên tử của lượng chất đó

D: Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ phụ thuộc nhiệt độ của lượng chất đó

Câu 6: Hạt nhân _Z1X^A₁ phóng xạ biến thành một hạt nhân _Z2Y^A₂ bền. Coi khối lượng của hạt nhân X,Y bằng số khối của chúng tính theo đơn vị u. Biết chất phóng xạ _Z1X^A₁ có chu kì bán rã T. Ban đầu có một khối lượng chất _Z1X^A_1, sau 2 chu kì bán rã thì tỉ số giữa khối lượng của chất Y và khối lượng của chất X là:

A: 4A₁/A₂ B: 3A₂/A₁ C: 4A₂/A₁ D: 3A₁/A₂

A. 6,7.10^-13J B. 8,2.10^-13J C. 7,7.10^-13J D. 5,6.10^-13J

11 Câu 8: ) Cho phản ứng hạt nhân sau:. Năng lượng tỏa ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 4 gam heli bằng

A. 5,06.10²⁴MeV B. 5,61.10²³MeV C. B.1,26.10²⁴MeV D. A.5,61. 10²⁴MeV

12) Câu 9: Gọi Δt là khoảng thời gian để số hạt nhân của một lượng phóng xạ giảm đi e lần ( e là cơ số của loga tự nhiên với lne = 1), T là chu kỳ bán rã của chất phóng xạ. Biểu thức nào là đúng ?

A. Δt = 2T / Ln2 B. Δt = Ln2/T C. Δt = T /2Ln2 D. Δt = T/Ln2

13) Câu 10: Côban () phóng xạ β⁻với chu kỳ bán rã T = 5,27 năm. Thời gian cần thiết để 75% khối lượng của một khối chất phóng xạ bị phân rã là

A. 42,16 năm B. 5,27 năm C. 21,08năm D. 10,54 năm

14 Câu 11: ) Nhận xét nào về phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch là không đúng?

A. Bom khinh khí được thực hiện bởi phản ứng phân hạch.

B. Con người chỉ thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng không kiểm soát được

C. Phản ứng nhiệt hạch chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao .

D. Sự phân hạch là hiện tượng một hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron rồi vỡ thành hai hạt nhân trung bình cùng với 2 hoặc 3 nơtron.

15 Câu 12: ) Cho phản ứng hạt nhân: X + X → + n, với n là hạt nơtron, X là hạt :

A. nơtron B. Đơtơri C. proton D. Triti

16) Câu 13: Tính chất nào liên quan đến hạt nhân nguyên tử và phản ứng hạt nhân là không đúng?

A. Một phản ứng hạt nhân sinh ra các hạt có tổng khối lượng lớn hơn các hạt ban đầu , nghĩa là kém bền vững hơn, là phản ứng thu năng lượng.

B. Phản ứng kết hợp giữa hai hạt nhân nhẹ như hydrô, hêli, thành một hạt nhân nặng hơn gọi là phản ứng nhiệt hạch.

C. Một phản ứng hạt nhân trong đó các hạt sinh ra có tổng khối lượng bé hơn các hạt ban đầu, nghĩa là bền vững hơn, là phản ứng toả năng lượng.

D. Hạt nhân có năng lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững.

17 Câu 14: ) Hạt nhân đứng yên phóng xạ α và biến đổi thành hạt nhân X, biết động năngcủa hạt α là K_α = 4,8 MeV. Lấy khối lượng hạt nhân tính bằng u bằng số khối của chúng, năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên bằng

A. 9,667MeV B. 1.231 MeV C. 4,886 MeV D. 2,596 MeV

18) Câu 15: Sau bao nhiêu lần phóng xạ α và bao nhiêu lần phóng xạ β ^- thì hạt nhân biến đổi thành hạt nhân ?

A. 6 lần p.xạ α; 8 lần p.xạ β ^- B. 4 lần p.xạ α; 6 lần p.xạ β ^-

C. 8 lần p.xạ α; 6 lần p.xạ β ^- D. 6 lần p.xạ α; 4 lần p.xạ β ^-
) ) ) ) Câu 16: ) Cho phản ứng phân hạch Uran 235 :. Biết 1u = 931 MeV/c². Độ hụt khối của phản ứng bằng

A. 0,2248u B. 0,2148u C. 0,2848u D. 0,3148u

34) ) Câu 17: Cho phản ứng hạt nhân :, X là hạt :

A. Đơtơri B. proton C. Triti D. nơtron

35) ) Câu 18: Đồng vị phóng xạ Côban phát ra tia β⁻ và α với chu kỳ bán rã T = 71,3ngày. Trong 365 ngày, phần trăm chất Côban này bị phân rã bằng

A. 31% B. 65,9% C. 80% D. 97,1%

36) ) Câu 19: Cho phản ứng hạt nhân .Cho biết m_n = 1,0087u; m_T = 3,016u; m_α = 4,0015u; 1u = 931 MeV/c2. Khối lượng của hạt nhân Li có giá trị bằng

A. 6,0839u B. 6,1139u C. 6,0139u D. 6,411u

37) ) Câu 20: Đồng vị có chu kỳ bán rã T =15h , là chất phóng xạ β⁻ và tạo thành đồng vị của magiê. Mẫu có khối lượng ban đầu m₀ = 24g. Độ phóng xạ ban đầu của bằng.Bq

A. 2,78.10²² .Bq B. 1,67.10²⁴.Bq C. 3,22.10¹⁷ Bq D. 7,73.10¹⁸ .Bq

38) ) Câu 21: Có 1kg chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T=16/3 (năm). Sau khi phân rã biến thành . Thời gian cần thiết để có 984,375(g) chất phóng xạ đã bị phân rã là

A. 32 năm B. 64 năm C. 4 năm D. 16 năm

39) ) Câu 22: Người ta dùng proton bắn phá hạt nhân Beri đứng yên. Hai hạt sinh ra là Hêli và X . Biết proton có động năng K = 5,45MeV, Hêli có vận tốc vuông góc với vận tốc của proton và có động năng K_He = 4MeV. Cho rằng độ lớn của khối lượng của một hạt nhân (đo bằng đơn vị u) xấp xỉ bằng số khối A của nó. Động năng của hạt X bằng

A. 6,225MeV B. Một giá trị khác C. 3,575MeV D. 1,225MeV

40) ) Câu 23: Một tượng gỗ cổ có độ phóng xạ chỉ bằng 0,25 độ phóng xạ của một khúc gỗ cùng khối lượng mới chặt xuống. Biết tượng gỗ phóng xạ tia β từ C14 và chu kỳ bán rã của C14 là T = 5600 năm. Tuổi của tượng gỗ bằng

A. 2800 năm B. 22400 năm C. 5600 năm D. 11200 năm

) Câu 24: Cho phản ứng phân hạch Uran 235 :. Biết 1u = 931 MeV/c². Độ hụt khối của phản ứng bằng

A. 0,2248u B. 0,2148u C. 0,2848u D. 0,3148u

34) ) Câu 25: Cho phản ứng hạt nhân :, X là hạt :

A. Đơtơri B. proton C. Triti D. nơtron

35) ) Câu 26: Đồng vị phóng xạ Côban phát ra tia β⁻ và α với chu kỳ bán rã T = 71,3ngày. Trong 365 ngày, phần trăm chất Côban này bị phân rã bằng

A. 31% B. 65,9% C. 80% D. 97,1%

36) ) Câu 27: Cho phản ứng hạt nhân .Cho biết m_n = 1,0087u; m_T = 3,016u; m_α = 4,0015u; 1u = 931 MeV/c2. Khối lượng của hạt nhân Li có giá trị bằng

A. 6,0839u B. 6,1139u C. 6,0139u D. 6,411u

37) ) Câu 28: Đồng vị có chu kỳ bán rã T =15h , là chất phóng xạ β⁻ và tạo thành đồng vị của magiê. Mẫu có khối lượng ban đầu m₀ = 24g. Độ phóng xạ ban đầu của bằng.Bq

A. 2,78.10²² .Bq B. 1,67.10²⁴.Bq C. 3,22.10¹⁷ Bq D. 7,73.10¹⁸ .Bq

38) ) Câu 29: Có 1kg chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T=16/3 (năm). Sau khi phân rã biến thành . Thời gian cần thiết để có 984,375(g) chất phóng xạ đã bị phân rã là

A. 32 năm B. 64 năm C. 4 năm D. 16 năm

39) ) Câu 30: Người ta dùng proton bắn phá hạt nhân Beri đứng yên. Hai hạt sinh ra là Hêli và X . Biết proton có động năng K = 5,45MeV, Hêli có vận tốc vuông góc với vận tốc của proton và có động năng K_He = 4MeV. Cho rằng độ lớn của khối lượng của một hạt nhân (đo bằng đơn vị u) xấp xỉ bằng số khối A của nó. Động năng của hạt X bằng

A. 6,225MeV B. Một giá trị khác C. 3,575MeV D. 1,225MeV

40) ) Câu 31: Một tượng gỗ cổ có độ phóng xạ chỉ bằng 0,25 độ phóng xạ của một khúc gỗ cùng khối lượng mới chặt xuống. Biết tượng gỗ phóng xạ tia β từ C14 và chu kỳ bán rã của C14 là T = 5600 năm. Tuổi của tượng gỗ bằng

A. 2800 năm B. 22400 năm C. 5600 năm D. 11200 năm

) Câu 32: Cho phản ứng phân hạch Uran 235 :. Biết 1u = 931 MeV/c². Độ hụt khối của phản ứng bằng

A. 0,2248u B. 0,2148u C. 0,2848u D. 0,3148u

34) ) Câu 33: Cho phản ứng hạt nhân :, X là hạt :

A. Đơtơri B. proton C. Triti D. nơtron

35) ) Câu 34: Đồng vị phóng xạ Côban phát ra tia β⁻ và α với chu kỳ bán rã T = 71,3ngày. Trong 365 ngày, phần trăm chất Côban này bị phân rã bằng

A. 31% B. 65,9% C. 80% D. 97,1%

36) ) Câu 35: Cho phản ứng hạt nhân .Cho biết m_n = 1,0087u; m_T = 3,016u; m_α = 4,0015u; 1u = 931 MeV/c2. Khối lượng của hạt nhân Li có giá trị bằng

A. 6,0839u B. 6,1139u C. 6,0139u D. 6,411u

37) ) Câu 36: Đồng vị có chu kỳ bán rã T =15h , là chất phóng xạ β⁻ và tạo thành đồng vị của magiê. Mẫu có khối lượng ban đầu m₀ = 24g. Độ phóng xạ ban đầu của bằng.Bq

A. 2,78.10²² .Bq B. 1,67.10²⁴.Bq C. 3,22.10¹⁷ Bq D. 7,73.10¹⁸ .Bq

38) ) Câu 37: Có 1kg chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T=16/3 (năm). Sau khi phân rã biến thành . Thời gian cần thiết để có 984,375(g) chất phóng xạ đã bị phân rã là

A. 32 năm B. 64 năm C. 4 năm D. 16 năm

39) ) Câu 38: Người ta dùng proton bắn phá hạt nhân Beri đứng yên. Hai hạt sinh ra là Hêli và X . Biết proton có động năng K = 5,45MeV, Hêli có vận tốc vuông góc với vận tốc của proton và có động năng K_He = 4MeV. Cho rằng độ lớn của khối lượng của một hạt nhân (đo bằng đơn vị u) xấp xỉ bằng số khối A của nó. Động năng của hạt X bằng

A. 6,225MeV B. Một giá trị khác C. 3,575MeV D. 1,225MeV 40

) Câu 39: Một trong các phản ứng có thể của phân hạch là

. Số x và y nhận cặp số tương ứng nào sau đây ?

A. 1 và 7. B. 1 và 8. C. 2 và 8. D. 3 và 6.

) Câu 40: Năng lượng liên kết của hạt là 24,8MeV và của hạt nhân là 191,0MeV. Hạt nhân bền vững hơn hạt vì

A. năng lượng liên kết của hạt nhân lớn hơn của hạt .

B. số khối của hạt nhân lớn hơn của hạt .

C. hạt nhân là đồng vị bền còn hạt là đồng vị phóng xạ.

D. năng lượng liên kết riêng của hạt nhân lớn hơn của hạt
Bài tập về nhà

Bµi 1: ViÕt ®Çy ®ñ ( cã gi¶i thÝch) c¸c ph­­¬ng tr×nh P¦HN sau vµ gäi tªn c¸c ph­¬ng tr×nh nµy.

a. b.

c. d.

e. f.

7. 
   Khi b¾n h¹t α vµo h¹t nh©n ta ®­îc ®ång vÞ , ®ång vÞ nµy bÞ phãng x¹ . H·y viÕt ph­¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh trªn.
   
8. 
   Khi b¾n h¹t n¬tron vµo h¹t nh©n ta ®­îc ®ång vÞ , ®ång vÞ nµy bÞ phãng x¹ . H·y viÕt ph­¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh trªn.
   

b.TÝnh n¨ng l­îng tèi thiÓu ®Ó chia h¹t nh©n thµnh 3 h¹t α . Cho m_P = 1,0073u, m_n = 1,0087u, m_D=2,0136u, m_T = 3,016u, m_C = 12,000u, m_a = 4,0015u, 1u = 931 MeV/c².

Bµi 7 Ytri lµ chÊt phãng x¹ vµ to¶ mét n¨ng l­îng 2,27MeV. H·y tÝnh khèi l­îng cña s¶n phÈm theo ®¬n vÞ u. BiÕt khèi l­îng cña Y lµ m_Y=89,90667u.

1. 
   X¸c ®Þnh h¹t nh©n X trong ph¶n øng trªn.
   
2. 
   Ph¶n øng trªn thu hay to¶ n¨ng l­­îng, h·y tÝnh n¨ng l­îng ®ã. Cho biÕt khèi l­­îng cña h¹t nh©n: