Giải bài tập SBT Vật Lí 12 Bài 38: Phản ứng phân hạch

Hạt nhân nào sau đây không thể phân hạch?

\(\begin{array}{l} A.\,_{92}^{239}U.\\ B.\,_{92}^{238}U.\\ C.\,_6^{12}C.\\ D.\,_{94}^{239}Pb. \end{array}\)

Phương pháp giải

Hạt nhân nhẹ không thể tham gia phản ứng phân hạch

Hướng dẫn giải

- Phản ứng phân hạch là sự vỡ của một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân trung bình (kèm theo một vài notron phát ra)

- Vậy \(_6^{12}C\) không thể phân hạch

- Chọn C

Chỉ ra câu trả lời sai.

Những điều kiện cần phải có để tạo nên phản ứng hạt nhân dây chuyền là gì?

A. Sau mỗi lần phân hạch, số nn giải phóng phải lớn hơn hoặc bằng 1.1.

B. Lượng nhiên liệu (urani, plutôni) phải đủ lớn để tạo nên phản ứng dây chuyền.

C. Phải có nguồn tạo ra nơtron.

D. Nhiệt độ phải được đưa lên cao.

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết về phản ứng phân hạch

Hướng dẫn giải

- Điều kiện xảy ra phản ứng hạt nhân dây chuyền:

+ Sau mỗi lần phân hạch, số nn giải phóng phải lớn hơn hoặc bằng 1.

+ Lượng nhiên liệu (urani, plutôni) phải đủ lớn để tạo nên phản ứng dây chuyền.

+ Phải có nguồn tạo ra nơtron.

- Chọn D

Trong phản ứng phân hạch hạt nhân, những phần tử nào sau đây có đóng góp năng lượng lớn nhất khi xảy ra phản ứng?

A. Động năng của các nơtron.

B. Động năng của các prôtôn.

C. Động năng của các mảnh.

D. Động năng của các êlectron.

Phương pháp giải

Năng lượng lớn nhất phát ra từ động năng của các mảnh

Hướng dẫn giải

- Trong phản ứng phân hạch hạt nhân, động năng của các mảnh đóng góp năng lượng lớn nhất khi xảy ra phản ứng

- Chọn C

Để tạo ra phản ứng hạt nhân có điều khiển cần phải

A. dùng những thanh điều khiển có chứa Bo hay Cd.

B. chế tạo các lò phản ứng chứa nước áp suất cao (có vai trò làm chậm nơtron).

C. tạo ra một chu trình trong lò phản ứng.

D. tạo ra nhiệt độ cao trong lò (500^oC).

Phương pháp giải

Thanh điều khiển tạo ra nhiệt độ cao trong lò (500^oC) thì mới có phản ứng hạt nhân

Hướng dẫn giải

- Để tạo ra phản ứng hạt nhân có điều khiển cần phải tạo ra nhiệt độ cao trong lò (500^oC).

- Chọn D

Phóng xạ và phân hạch hạt nhân

A. đều có sự hấp thụ nơtron chậm.

B. đều là phản ứng hạt nhân thu năng lượng.

C. đều không phải là phản ứng hạt nhân.

D. đều là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết về phóng xạ và phản ứng phân hạch

Hướng dẫn giải

- Phóng xạ và phân hạch hạt nhân đều là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.

- Chọn D

Trong sự phân hạch của hạt nhân \(_{92}^{235}U\) gọi k là hệ số nhân nơtron. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Nếu k<1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền xảy ra và năng lượng tỏa ra tăng nhanh.

B. Nếu k=1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy ra.

C. Nếu k>1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy ra.

D. Nếu k>1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự xảy duy trì và gây nên bùng nổ.

Phương pháp giải

Nếu k>1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự xảy duy trì và gây nên bùng nổ

Hướng dẫn giải

- Trong sự phân hạch của hạt nhân \(_{92}^{235}U\) gọi k là hệ số nhân nơtron. Nếu k>1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự xảy duy trì và gây nên bùng nổ.

- Chọn D

Cho rằng trong phản ứng phân hạch của một hạt nhân \({}_{92}^{235}U\) sau khi bắt nơtron thì năng lượng tỏa ra là 210MeV. Tính tổng khối lượng (theo đơn vị khối lượng nguyên tử u) của các hạt được tạo ra trong phản ứng này.

Lấy khối lượng của hạt nhân, tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử u, bằng số khối của hạt nhân đó. Cho 1u=931MeV/c²; c=3.10⁸m/s; khối lượng của hạt nhân \({}_{92}^{235}U\) là 234,9933u và của nơtron là 1,0087u.

Phương pháp giải

Công thức tính năng lượng:

Q=(m_truoc−m_sau)c²

Hướng dẫn giải

Năng lượng là:

\(\begin{array}{*{20}{l}} {Q = ({m_{truoc}} - {m_{sau}}){c^2}}\\ { \Leftrightarrow 210 = (234,9933 + 1,0087 - {m_{sau}}).931}\\ { \Rightarrow {m_{sau}} = 235,777u} \end{array}\)

Cho phản ứng phân hạch sau:

\(_0^1n + _{92}^{235}U \to _{92}^{236}U * \to _{39}^{94}Y + _{53}^{139}I + 3_0^1n\)

Tính năng lượng tỏa ra trong phản ứng này.

Cho khối lượng của các hạt nhân \(_{92}^{235}U,_{39}^{94}Y,_{53}^{139}I\) và của nơtron lần lượt là m_U=234,9933u; m_Y=93,8901u; m_I=138,8970u và m_n=1,0087u; 1u=1,66055.10⁻²⁷kg; c=3.10⁸m/s.

Phương pháp giải

Công thức tính năng lượng:

Q=(m_truoc−m_sau)c²

Hướng dẫn giải

Năng lượng là:

\(\begin{array}{*{20}{l}} {Q = ({m_{truoc}} - {m_{sau}}){c^2}}\\ { = (234,9933 + 1,0087 - 93,8901 - 138,8970 - 3.1,0087).931}\\ { = 175,7728MeV} \end{array}\)

Cho phản ứng phân hạch:

\(_0^1n + _{92}^{235}U \to _{42}^{95}Mo + _{57}^{139}La + 7_{ - 1}^0e + X_0^1n\)

a) Tính X. Tại sao có cả 10n ở vế phải và vế trái của phương trình phản ứng?

b) Tính năng lượng tỏa ra theo đơn vị MeV.

Cho khối lượng của các hạt nhân \(_{92}^{235}U,_{42}^{95}Mo,_{57}^{139}La\) và của nơtron lần lượt làm U=234,9933u ;m_Mo=94,8823u; m_La=138,8706u và m_n=1,0087u; 1u=931MeV/c²; c=3.10⁸m/s.

Phương pháp giải

Công thức tính năng lượng:

Q=(m_truoc−m_sau)c²

Hướng dẫn giải

a) X=2 . Hạt nhân \(_{92}^{235}U\)  bắt một nơtron, sau đó bị phân hạch, tạo ra các hạt nhân con và phát ra 2 nơtron. Do đó, nơtron có mặt ở cả hai vế của phương trình phản ứng.

b) Công thức tính năng lượng

\(\begin{array}{*{20}{l}} {Q = ({m_{truoc}} - {m_{sau}}){c^2}}\\ { = (234,9933 + 1,0087 - 94,8823 - 138,8706 - 2.1,0087).931}\\ { = 215,7127MeV} \end{array}\)

Phân hạch một hạt nhân ²³⁵U trong lò phản ứng sẽ tỏa ra năng lượng 200MeV/ 1 hạt nhân.

a) Nếu phân hạch 1kg ²³⁵U thì năng lượng tỏa ra bằng bao nhiêu?

b) Cần phải đốt một lượng than bằng bao nhiêu để có một nhiệt lượng tương đương?

Cho năng suất tỏa nhiệt của than bằng 2,93.10⁷J/kg.

Phương pháp giải

- Tính số hạt ²³⁵U: N= m/A.N_A

- Tính nhiệt lượng tỏa ra của than đá: Q=qm

- Đổi đơn vị 1MeV=1,6.10⁻¹³J

Hướng dẫn giải

- Số hạt ²³⁵U có trong 1kg ²³⁵U là:  

\(N = \frac{m}{A}.{N_A} = \frac{{{{10}^3}}}{{235}}{.6,023.10^{23}} = {2,56.10^{24}}(hat)\)

- Vậy năng lượng tỏa ra khi phân hạch:

\(Q = N.200 = {5,12.10^{26}}MeV\)

b) Lượng than đá cần đốt để thu được nhiệt lượng tương đương là:

\(\begin{array}{l} Q = qm\\ \Rightarrow m = \frac{Q}{q} = \frac{{{{5,12.10}^{26}}{{.1,6.10}^{ - 13}}}}{{{{2,93.10}^7}}} = {2,8.10^6}(kg) \end{array}\)