Chuyên đề Xác định Năng lượng của phản ứng hạt nhân môn Vật Lý 12 năm 2020

CHUYÊN ĐỀ XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG TỎA RA - THU VÀO CỦA PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Tính năng lượng của phản ứng hạt nhân:

\({}_{Z1}^{A1}{X_1} + {}_{Z2}^{A2}{X_2} \to {}_{Z3}^{A3}{X_3} + {}_{Z4}^{A4}{X_4}\)

- Cách 1: Tính theo khối lượng:

ΔE = Δm.c² = (m - m_o).c²

+ m_o: Khối lượng các hạt trước phản ứng

+ m: Khối lượng các hạt sau phản ứng

- Cách 2 : Tính theo động năng

+ Bảo toàn năng lượng:

K₁ + K₂ + ΔE = K₃ + K₄ ⇒ ΔE = K_sau - K_trước

ΔE là năng lượng phản ứng hạt nhân

\({K_X} = \frac{1}{2}{m_X}v_X^2\) là động năng chuyển động của hạt X

- Cách 3: Tính theo năng lượng liên kết, liên kết riêng, độ hụt khối

ΔE = E_{liên kết sau} - E_{liên kết trước} = (Δm_sau - Δm_trước).c²

Tính lượng nhiên liệu dựa trên công thức Q = mq = ΔE , q là năng suất tỏa nhiệt (J/kg).

Ví dụ 1: Cho phản ứng hạt nhân:

\({}_{Z1}^{A1}A + {}_{Z2}^{A2}B \to {}_{Z3}^{A3}C + {}_{Z4}^{A4}D\)

Độ hụt khối của các hạt nhân tương ứng là: Δm_A, Δm_B, Δm_C, Δm_D. Thiết lập biểu thức tính độ hụt khối của phản ứng, từ đó suy ra công thức tính năng lượng tỏa ra của phản ứng.

Giải

Độ hụt khối của phản ứng:

Δm = (m_A + m_B) - (m_C + m_D)

= [(Z₁ + Z₂) - (Z₃ + Z₄)]m_p + [(N₁ + N₂) - (N₃ + N₄)]m_n - (Δm_A + Δm_B) + (Δm_C + Δm_D)

= (Δm_C + Δm_D) - (Δm_A + Δm_B)

Tức là:

(Độ hụt khối của phản ứng

= ∑ Khối lượng hạt nhân trước - ∑ Khối lượng hạt nhân sau phản ứng

= ∑Độ hụt khối của các hạt nhân sau - ∑Độ hụt khối của các hạt nhân sau)

- Năng lượng tỏa ra của phản ứng:

ΔE = Δmc² = (m_A + m_B).c² - (m_C + m_D).c² = [(m_C + m_D) - (m_A + m_B)].c²

ΔE = Δmc² = (ΔE_C + ΔE_D) - (ΔE_A + ΔE_B)

Ví dụ 2: Cho phản ứng hạt nhân: 

\({}_4^9Be + {}_1^1H \to {}_2^4He + {}_3^6Li\)

Hãy cho biết đó là phản ứng tỏa năng lượng hay thu năng lượng. Xác định năng lượng tỏa ra hoặc thu vào. Biết m_Be = 9,01219 u; m_P = 1,00783 u; m_Li = 6,01513 u; m_X = 4,0026 u; 1u = 931 MeV/c².

Giải

Ta có: m_o = m_Be + m_P = 10,02002u; m = m_X + m_Li = 10,01773u.

Vì m_o > m nên phản ứng tỏa năng lượng, năng lượng tỏa ra:

W = (m_o – m).c₂ = (10,02002 – 10,01773).931 = 2,132MeV.

Ví dụ 3: Cho phản ứng hạt nhân: 

\({}_1^3T + {}_1^2D \to {}_2^4He + X + 17,6MeV\)

Tính năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 2g Hêli.

Giải

- Số nguyên tử hêli có trong 2g hêli:

\(N = \frac{{m.{N_A}}}{A} = \frac{{{{2.6,023.10}^{23}}}}{4} = {3,01.10^{23}}\)

- Năng lượng toả ra gấp N lần năng lượng của một phản ứng nhiệt hạch:

E = N.Q = 3,01.1023.17,6 = 52,976.1023 MeV

Câu 1: Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân \({}_{92}^{234}U\) phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thôri ²³⁰ Th . Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV, của ²³⁴U là 7,63 MeV, của 230Th là 7,7 MeV.

A. 10,82 MeV.         

B. 13,98 MeV.         

C. 11,51 MeV.         

D. 17,24 MeV.

Câu 2: Khi một hạt nhân \({}_{92}^{234}U\) bị phân hạch thì tỏa ra năng lượng 200 MeV. Cho số A-vô-ga-đrô N_A = 6,02.1023 mol^-1. Nếu 1 g \({}_{92}^{234}U\) bị phân hạch hoàn toàn thì năng lượng tỏa ra xấp xỉ bằng

A. 5,1.10¹⁶ J.    

B. 8,2.10¹⁰ J.

C. 5,1.10¹⁰ J.    

D. 8,2.10¹⁶ J.

...

-------------( Nội dung tiếp theo của phần bài tập trắc nghiệm, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về máy) ---------

Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Chuyên đề xác định Năng lượng của phản ứng hạt nhân môn Vật Lý 12 năm học 2020-2021. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.