Giải bài tập SBT Vật Lí 12 Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch

Phản ứng nhiệt hạch là

A. phản ứng phân rã phóng xạ.

B. phản ứng phân hạch.

C. phản ứng tổng hợp hạt nhân.

D. phản ứng hạt nhân tự phát.

Phương pháp giải

Nhiệt hạch là phản ứng trong đó ...

Hướng dẫn giải

- Nhiệt hạch là phản ứng trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hợp lại thành hạt nhân nặng hơn

- Chọn C

Nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời là do

A. các phản ứng hóa học xảy ra trong lòng nó.

B. các phản ứng phân hạch xảy ra trong lòng nó.

C. các phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong lòng nó.

D. các quá trình phóng xạ xảy ra trong lòng nó.

Phương pháp giải

Phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong lòng Mặt Trời là nguồn năng lượng của nó

Hướng dẫn giải

- Nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời là do các phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong lòng nó.

- Chọn C

Tổng hợp hạt nhân \(_2^4He\) từ phản ứng hạt nhân

\(_1^1H + _3^7Li \to _2^4He + X\)

Mỗi phản ứng trên tỏa năng lượng 17,3MeV. Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5mol heli là

A. 2,6.1024MeV.       

B. 2,4.1024MeV

C. 5,2.1024MeV.   

D. 1,3.1024MeV.

Phương pháp giải

- Tính số hạt \(_2^4He\) theo công thức: 

N= n.N_A

- Vì phương trình phản ứng cho ra 2 hạt nên số hạt phản ứng cần có là N/2

- Áo dụng công thức: 

Q= 17,3.N/2.

để tính năng lượng tỏa ra 

Hướng dẫn giải

- Phương trình phản ứng hạt nhân: 

\(_1^1H + _3^7Li \to _2^4He + _2^4He\)

Vậy một phản ứng tạo ra 2 hạt \(_2^4He\)

- Số hạt \(_2^4He\) có trong 0,5 mol là 

\(\begin{array}{l} N = 0,5.{N_A}\\ = {0,5.6,02.10^{23}} = {3,01.10^{23}}(hat) \end{array}\)

Vậy số hạt phản ứng cần có là N/2

- Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5mol heli là:

\(Q = \frac{N}{2}.17,3 = \frac{{{{3,01.10}^{23}}}}{2}.17,3 = {2,6.10^{24}}MeV\)

- Chọn A

Phản ứng hạt nhân nào dưới đây không phải là phản ứng nhiệt hạch?

\(\begin{array}{l} A.\,\,_1^1H + _1^3H \to _2^4He\\ B.\,\,_1^2H + _1^2H \to _2^4He\\ C.\,\,_1^2H + _3^6Li \to 2_2^4He\\ D.\,\,_2^4He + _7^{14}N \to _8^{17}O + _1^1H \end{array}\)

Phương pháp giải

Nhiệt hạch là phản ứng trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hợp lại thành hạt nhân nặng hơn

Hướng dẫn giải

- Nhiệt hạch là phản ứng trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hợp lại thành hạt nhân nặng hơn

- Phản ứng D:

\(_2^4He + _7^{14}N \to _8^{17}O + _1^1H\)

không tạo thành hạt nhân nặng hơn

⇒ không phải là phản ứng nhiệt hạch

- Chọn D

Năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch vì

A. phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở nhiệt độ rất cao.

B. mỗi phản ứng nhiệt hạch tỏa ra một năng lượng lớn hơn năng lượng mà mỗi phản ứng phân hạch tỏa ra.

C. cùng một lượng nhiên liệu của phản ứng nhiệt hạch tỏa ra một năng lượng lớn hơn năng lượng mà cùng một lượng nhiên liệu của phản ứng phân hạch tỏa ra.

D. các hạt nhân tham gia vào phản ứng nhiệt hạch “nhẹ” hơn các hạt nhân tham gia vào phản ứng phân hạch.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được đặc điểm về năng lượng tỏa ra của phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch

Hướng dẫn giải

- Năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch vì cùng một lượng nhiên liệu của phản ứng nhiệt hạch tỏa ra một năng lượng lớn hơn năng lượng mà cùng một lượng nhiên liệu của phản ứng phân hạch tỏa ra.

- Chọn C

Trong các nhà máy điện hạt nhân thì

A. năng lượng của phản ứng phân hạch được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

B. năng lượng của phản ứng nhiệt hạch được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

C. năng lượng của phản ứng phân hạch được biến thành nhiệt năng, rồi thành cơ năng và sau cùng thành điện năng.

D. năng lượng của phản ứng nhiệt hạch được biến đổi thành nhiệt năng, rồi thành cơ năng và sau cùng thành điện năng.

Phương pháp giải

Quá trình sản xuất năng lượng trong nhà máy điện hạt nhân:

Năng lượng của phản ứng phân hạch → nhiệt năng → cơ năng → điện năng

Hướng dẫn giải

- Trong các nhà máy điện hạt nhân thì năng lượng của phản ứng phân hạch được biến thành nhiệt năng, rồi thành cơ năng và sau cùng thành điện năng.

- Chọn C

Tính năng lượng tỏa ra trong các phản ứng sau:

\(\begin{array}{l} a)\,\,_3^7Li + _1^1H \to _2^4He + _2^4He\\ b)\,\,_1^2H + _2^3He \to _1^1H + _2^4He\\ c)\,\,_3^6Li + _1^2H \to _2^4He + _2^4He\\ d)\,\,_3^6Li + _1^1H \to _2^3He + _2^4He \end{array}\)

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính năng lượng: Q=(m_truoc−m_sau)c² để tính năng lượng tỏa ra cho từng phản ứng

Hướng dẫn giải

a) Năng lượng là:

\(\begin{array}{l} Q = ({m_{truoc}} - {m_{sau}}){c^2}\\ = (7,0154 + 1,0073 - 4,0015.2).931\\ = 18,34MeV \end{array}\)

b) Năng lượng là:

\(\begin{array}{l} Q = ({m_{truoc}} - {m_{sau}}){c^2}\\ = (2,014 + 3,0025 - 4,0015 - 1,0073).931\\ = 7,1687MeV \end{array}\)

c) Năng lượng là:

\(\begin{array}{l} Q = ({m_{truoc}} - {m_{sau}}){c^2}\\ = (6,0145 + 2,014 - 4,0015.2).931\\ = 23,74MeV \end{array}\)

d) Năng lượng là:

\(\begin{array}{l} Q = ({m_{truoc}} - {m_{sau}}){c^2}\\ = (6,0145 + 1,0073 - 4,0015 - 3,0025).931\\ = 16,73MeV \end{array}\)

Trong phản ứng tổng hợp heli:

\(_3^7Li + _1^1H \to 2(_2^4He)\)

Nếu tổng hợp heli từ 1g liti thì năng lượng tỏa ra có thể đun sôi bao nhiêu kilôgam nước ở 0^oC?

Phương pháp giải

- Một phản ứng trên tỏa ra năng lượng bằng 17,3MeV

- Tính số hạt Liti có trong 1g liti 

⇒ năng lượng thu được nếu tổng hợp heli từ 1g liti

- Tính năng lượng cần đun sôi nước Q=mcΔt

Hướng dẫn giải

- Số hạt số hạt Liti có trong 1g Liti là N = m/M.N_A

- Số hạt Liti chính bằng số phản ứng tổng hợp lên Heli, mỗi phản ứng tỏa ra 17,3MeV

- Năng năng lượng thu được nếu tổng hợp heli từ 1g liti là:

\(Q = N.17,3 = 17,3\frac{m}{M}.{N_A}(MeV)\)

- Năng lượng cần để đun sôi nước là:

Q=mcΔt

\(\begin{array}{l} \Rightarrow m = \frac{{17,3.\frac{m}{M}.{N_A}{{.1,6.10}^{ - 13}}}}{{c{\rm{\Delta }}t}}\\ = \frac{{17,3.\frac{1}{7}{{.6,02.10}^{23}}{{.1,6.10}^{ - 13}}}}{{4200.(100 - 0)}} = {5,67.10^5}kg \end{array}\)

Rơ-dơ-pho đã làm thí nghiệm sau: Bắn phá \(_7^{14}N\) bằng hạt α; hạt \(_7^{14}N\) bắt lấy hạt đạn αα đó và lập tức phân rã thành hạt nhân ô xi bền.

a) Viết các phương trình phản ứng trên.

b) Tính năng lượng tỏa ra hay thu vào các phản ứng đó.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính năng lượng:

Q=(m_truoc−m_sau)c²

- Khi Q<0 thì đây là phản ứng thu năng lượng

Hướng dẫn giải

a) Phương trình phản ứng hạt nhân:

\(_7^{14}N + _2^4He \to _8^{17}O + _1^1H\)

b) Năng lượng:

\(\begin{array}{*{20}{l}} {Q = ({m_{truoc}} - {m_{sau}}){c^2}}\\ { = ({m_O} + {m_H} - {m_N} - {m_{He}}){c^2} = - 1,19MeV} \end{array}\)

⇒ Năng lượng thu vào là 1,19MeV

Xác định năng lượng cực tiểu của các phô tôn cần thiết để kích thích sự tạo thành các phản ứng:

\(\begin{array}{l} a)\,\,_4^9Be + hf \to 2(_2^4He) + _0^1n\\ b)\,\,_6^{12}C + hf \to 3(_2^4He) \end{array}\)

Phương pháp giải

- Năng lượng tối thiểu bằng lượng năng lượng phản ứng

- Sử dụng công thức 

Q=(m_truoc−m_sau)c²

 để tính năng lượng cho từng phản ứng

Hướng dẫn giải

Năng lượng tối thiểu của photon phải bằng lượng năng lượng phản ứng cần hấp thụ để xảy ra

a) \(hf = \left| Q \right| = \left| {({m_{Be}} - 2.{m_{He}}){c^2}} \right|\)

b) \(hf = \left| Q \right| = \left| {({m_C} - 3.{m_{He}}){c^2}} \right|\)

Viết phản ứng hạt nhân biến thủy ngân ( ¹⁹⁸Hg) thành vàng (giấc mơ của các nhà giả kim thuật ngày xưa).

Phương pháp giải

Sử dụng bảo toàn số nuclon và điện tích để viết phương trình

Hướng dẫn giải

\(_{80}^{198}Hg + _0^1n \to _{79}^{198}Au + _1^1H\)