Chi tiết thông tin

Bài 38: Phản ứng phân hạch

46 View

Lý thuyết Phản ứng phân hạch - Phản ứng nhiệt hạch

	Phản ứng phân hạch	Phản ứng nhiệt hạch
Khái niệm	Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn	Là phản ứng trong đó hai hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn
Điều kiện xảy ra	Phải truyền cho X một năng lượng đủ lớn (năng lượng kích hoạt) vào cỡ vài MeV để X chuyển sang trạng thái kích thích X*, trạng thái này không bền vững và X sẽ phân hạch	- Nhiệt độ cao cỡ 10⁸ ℃. - Mật độ hạt nhân lớn. - thời gian duy trì nhiệt độ lâu.
Ví dụ
Năng lượng	Là phản ứng tỏa năng lượng	Là phản ứng tỏa năng lượng
Phản ứng phân hạch có điều khiển	- Phản ứng dây chuyển là phản ứng chất sản phẩm là tác nhân kích thích để phản ứng xảy ra, như vậy các phản ứng cứ nối tiếp nhau. - Gọi k là số hạt nhân được giải phóng sau 1 lần phân hạch Nếu k > 1 phản ứng dây chuyền tắt dần k = 1 Phản ứng dây chuyển có điều khiển, để phản ứng tự duy trì ổn định. Được dùng trong lò phản ứng hạt nhân k > 1 phản ứng tự duy trì tăng nhanh có thể gây cháy nổ. Được dùng trong Bom	- Chỉ thực hiện được ở dạng không kiểm soát (Bom) Hiện này chưa kiểm soát được

C1 trang 195 SGK:

Quá trình phóng xạ α có phải là phân hạch hay không? Trả lời: Quá trình phóng xạ α không phải là sự phân hạch vì hai mảnh vỡ có khối lượng khác nhau nhiều.

C2 trang 195 SGK:

Tại sao không dùng proton thay cho nơtron? Trả lời: Ta dùng nơtron bắn vào hạt nhân X để hạt nhân X chuyển sang một trạng thái kích thích X*. Ta không dung proton thay cho nơtron vì proton mang điện tích dương sẽ chịu tác dụng của lực đẩy do các hạt nhân tác dụng.

Bài 1 (trang 198 SGK Vật Lý 12):

So sánh quá trình phóng xạ α và quá trình phân hạch. Lời giải: So sánh quá trình phân rã và quá trình phân hạch: + Giống nhau: quá trình phân rã α và quá trình phân hạch đều tỏa năng lượng + Khác nhau: - Quá trình phóng xạ α là quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân không bền vững còn quá trình phân hạch tự phát xảy ra với xác suất rất nhỏ, đa số là các phản ứng phân hạch kích thích. - Các phản ứng phân hạch khác với phóng xạ các hạt tạo ra từ phản ứng phân hạch có cùng một cỡ khối lượng - Phân rã α phóng ra hạt α, còn trong quá trình phân hạch hạt phóng ra là nơtron - Năng lượng tạo ra từ phản ứng phân hạch rất lớn so với năng lượng phóng xạ. - Phản ứng phân hoạch có thể tạo ra phản ứng dây chuyền còn sự phóng xạ α không thể tạo ra phản ứng dây chuyền.

Bài 2 (trang 198 SGK Vật Lý 12):

Căn cứ vào độ lớn của W_lk/A chứng tỏ rằng, quá trình phân hạch thường chỉ xảy ra đối với các hạt nhân có số nuclon lớn hơn hay bằng 200. Lời giải: Vì trong quá trình phân hạch, hạt nhân bị phân hạch sẽ vở ra và tạo thành hai hạt nhân có số khối trung bình đồng thời tỏa năng lượng, nên năng lượng liên kết riêng W_lk/A sau (có số khối vào cỡ 100) sẽ lớn hơn năng lượng liên kết riêng W_lk/A trước. Do vậy muốn xảy ra loại phản ứng này thì hạt nhân tham gia phản ứng phải có số nuclon lớn hơn hoặc bằng 200.

Bài 3 (trang 198 SGK Vật Lý 12):

Chọn đáp án đúng. Phần năng lượng giải phóng trong phân hạch là A. động năng của các nơtron phát ra. B. động năng các mảnh. C. năng lượng tỏa ra do phóng xạ của các mảnh. D. năng lượng các photon của tia γ Lời giải: Chọn đáp án B. Phần lớn năng lượng giải phóng trong phân hạch là động năng của các mảnh. Ví dụ: Mỗi phân hạch Urani giải phóng năng lượng 200MeV, lượng năng lượng này được phân bố như sau: Động năng của các mảnh: 168MeV Tia γ: 11 MeV Các nơtron + β + Nitrino: 21MeV

Bài 4 (trang 198 SGK Vật Lý 12):

Hoàn chỉnh các phản ứng:

Lời giải: ∗ Xét phản ứng:

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 0 + 92 = 39 + Z → Z = 53 Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon: 1 + 235 = 94 + 140 + 1X → X = 2

∗ Xét phản ứng:

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 0 + 92 = Z + 52 → Z = 40 Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon: 1 + 235 = 95 + 138 + x ⇒ x = 3

Bài 5 (trang 198 SGK Vật Lý 12):

Xét phản ứng phân hạch:

ính năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân ²³⁵U Cho biết: ²³⁵U = 234,99332u; ¹³⁹I = 138,89700u; ⁹⁴γ = 93,89014u Lời giải: Phản ứng phân hạch:

Ta có khối lượng của các hạt nhân trên là: m_n = 1,00866u; m_U = 234,99332u; m_I = 138,89700u; m_γ = 93,89014u Tổng khối lượng các hạt trước tương tác là: M₀ = m_n + m_U Tổng khối lượng các hạt nhân sau tương tác là: M = m_I + m_Y + 3m_n Năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân ²³⁵U là: W = (M₀ – M)c² = [m_n + m_U – (m_I + m_Y + 3m_n)].c² = (234,99332u + 1,00866u - 138,89700u - 93,89014u – 3. 1,00866u).c² = 0,18886u.c² = 0,18886. 931,5 = 175,923 MeV

Bài 6 (trang 198 SGK Vật Lý 12):

Tính năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1 kg ²³⁵U. Cho rằng mỗi phân hạch tỏa ra năng lượng 200MeV. Lời giải: Số nguyên tử ²³⁵U có trong 1 kg ²³⁵U là:

Vì năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân là 200MeV nên năng lượng tỏa ra khi phân hạch N nguyên tử là: W = N.200 = 2,5617.10²⁴.200 = 5,1234.10²⁶ MeV = 8,197.10¹³ (J)

Trắc nghiệm Bài 38

Bài 1: Hệ số nơtron: A. tỉ lệ với công suất tỏa nhiệt của lò phản ứng hạt nhân B. trong bom nguyên tử và trong lò phản ứng hạt nhân khi hoạt động đều lớn hơn 1 C. trong bom nguyên tử và trong lò phản ứng hạt nhân khi hoạt động có giá trị nhỏ hơn 1 D. lớn hơn 1 trong bom nguyên tử và bằng 1 trong lò phản ứng hạt nhân.

Hiển thị đáp án

- Điều kiện xảy ra phản ứng dây chuyền: - Số hạt nhân nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (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 xảy ra trong các lò phản ứng hạt nhân. + Nếu k > 1 thì dòng nơ tron tăng liên tục theo thời gian, dẫn đến vụ nổ nguyên tử. + Ngoài ra khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn m_th. Chọn đáp án D

Bài 2: Trong phản ứng phân hạch urani

năng lượng trung bình tỏa ra khi một hạt nhân bị phân hạch là 200 MeV. Khi 1 kg

phân hạch hoàn toàn thì tỏa ra năng lượng là: A. 8,21.10¹³ J B. 4,11.10¹³ J C. 5,25.10¹³ J D. 6,23.10²¹ J

Hiển thị đáp án

- Khi 1 kg ²³⁵U phân hạch hoàn toàn thì tỏa ra năng lượng là:

Chọn đáp án A

Bài 3: Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani

, năng lượng trung bình tỏa ra trong mỗi phân hạch là E = 200 MeV. Biết số Avôgađrô N_A = 6,022.10²³ mol^-1. Một nhà máy điện nguyên tử có công suất 5000 MW, hiệu suất 25%, lượng nhiên liệu urani nhà máy tiêu thụ hàng năm là: A. 3640 kg B. 3860 kg C. 7694 kg D. 2675 kg

Hiển thị đáp án

- Năng lượng do m kg nhiên liệu urani tỏa ra khi phân hạch là:

Chọn đáp án C

Bài 4: Một phản ứng phân hạch:

- Biết năng lượng liên kết riêng của

lần lượt là 7,7 MeV ; 8,7 MeV ; 8,45 MeV. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng là A. 132,6 MeV B. 182,6 MeV C. 168,2 MeV D. 86,6 MeV

Hiển thị đáp án

Năng lượng tỏa ra bằng hiệu số năng lượng liên kết của các hạt trước và sau phản ứng: E = 93.8,7 + 140.8,45 – 235.7,7 = 182,6 MeV. Chọn đáp án B

Bài 5: Một phản ứng phân hạch:

- Biết các khối lượng:

- Năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân

là: A. 168,752 MeV B. 175,923 MeV C. 182,157 MeV D. 195,496 MeV

Hiển thị đáp án

- Năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân ²³⁵U là: E = m_n + m_U – (m_I + m_Y + 3.m_n) = 175,923 MeV Chọn đáp án B

Bài 6: Chọn câu Đúng. Sự phân hạch là sự vỡ một hạt nhân nặng: A. thường xảy ra một cách tự phát thành nhiều hạt nhân nặng hơn. B. Thành hai hạt nhân nhẹ hơn khi hấp thụ một nơtron. C. thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron, sau khi hấp thụ một nơtron chậm. D. Thành hai hạt nhân nhẹ hơn, thường xảy ra một cách tự phát.

Hiển thị đáp án

- Phản ứng phân hạch là hiện tượng một hạt nhân nặng sau khi hấp thụ một nơtron chậm sẽ vỡ thành hai hai hạt nhân trung bình cùng với vài nơtron. Chọn đáp án C

Bài 7: Năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch chủ yếu ở dạng: A. quang năng B. năng lượng nghỉ C. động năng D. hóa năng

Hiển thị đáp án

- Năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch chủ yếu ở dạng động năng của các hạt nhân con. Chọn đáp án C

Bài 8: ứng phân hạch

không có đặc điểm A. số nơtron tạo ra sau phản ứng nhiều hơn nơtron bị hấp thụ B. phản ứng tỏa năng lượng C. có thể xảy ra theo kiểu phản ứng dây truyền D. có 2 đến 3 proton sinh ra sau mỗi phản ứng

Hiển thị đáp án

- Phản ứng phân hạch

không có đặc điểm có 2 đến 3 proton sinh ra sau mỗi phản ứng. - Phản ứng phân hạch là phản ứng mà trong đó một hạt nhân rất nặng hấp thu một nơtron chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ 2 đến 3 nơtron và tỏa ra năng lượng lớn. Chọn đáp án D

Bài 9: Tìm phát biểu sai. Phản ứng phân hạch

có đặc điểm: A. số nơtron tạo ra sau phản ứng nhiều hơn nơtron bị hấp thụ B. phản ứng tỏa năng lượng C. xảy ra theo phản ứng dây chuyền nếu có một lượng

đủ lớn D. quá trình phân hạch là do proton bắn phá hạt nhân urani

Hiển thị đáp án

- Phản ứng phân hạch là phản ứng mà trong đó một hạt nhân rất nặng hấp thu một nơtron chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ 2 đến 3 nơtron và tỏa ra năng lượng lớn. Chọn đáp án D

Bài 10: Vật liệu có thể đóng vào trò “chất làm chậm” tốt nhất đối với nơtron là: A. kim loại nặng B. than chì C. khí kém D. bê tông

Hiển thị đáp án

- Vật liệu có thể đóng vào trò “chất làm chậm” tốt nhất đối với nơtron là than chì. Chọn đáp án B

Bài 11: Khi

bị bắn phá bởi các nơtron chậm, nó hấp thụ một hạt nơtron rồi sau đó phát ra hai hạt β. Kết quả là tạp thành hạt nhân:

Hiển thị đáp án

- Áp dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn nguyên tử số, ta có :

Chọn đáp án C

Bài 12: Phản ứng nào sau đây là phản ứng phân hạch?

Hiển thị đáp án

- Phản ứng phân hạch là phản ứng mà trong đó một hạt nhân rất nặng hấp thu một nơtron chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ 2 đến 3 nơtron và tỏa ra năng lượng lớn. - Ví dụ:

Chọn đáp án D

Bài 13: Phát biểu nào sau đây là sai? A. Hệ số nhân nơtrôn s là số nơtrôn trung bình còn lại sau mỗi phân hạch, gây được phân hạch tiếp theo. B. Hệ số nhân nguồn s > 1 thì hệ thống vượt hạn, phản ứng dây chuyền không kiểm soát được, đó là trường hợp xảy ra trong các vụ nổ bom nguyên tử. C. Hệ số nhân nguồn s = 1 thì hệ thống tới hạn, phản ứng dây chuyền kiểm soát được, đó là trường hợp xảy ra trong các nhà máy điện nguyên tử. D. Hệ số nhân nguồn s < 1 thì hệ thống dưới hạn, phản ứng dây chuyền xảy ra chậm, ít được sử dụng.

Hiển thị đáp án

- Hệ số nhân nguồn s < 1 thì hệ thống dưới hạn, phản ứng dây chuyền không xảy ra. Chọn đáp án D

Bài 14: Phản ứng phân hạch U235 dùng trong lò phản ứng hạt nhân và cả trong bom nguyên tử. Tìm sự khác biệt căn bản giữa lò phản ứng và bom nguyên tử. A. Số nơtron được giải phóng trong mỗi phản ứng phân hạch ở bom nguyên tử nhiều hơn ở lò phản ứng. B. Năng lượng trung bình được mỗi nguyên tử urani giải phóng ra ở bom nguyên tử nhiều hơn hơn ở lò phản ứng C. Trong lò phản ứng số nơtron có thể gây ra phản ứng phân hạch tiếp theo được khống chế. D. Trong lò phản ứng số nơtron cần để gây phản ứng phân hạch tiếp theo thì nhỏ hơn ở bom nguyên tử.

Hiển thị đáp án

Trong lò phản ứng, khi số nơtron tăng lên quá nhiều (k > 1) người ta cho các thanh điều khiển có chứa Bo hoặc cađimi ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu phân hạch để hấp thụ số nơtron thừa. Chọn đáp án C

Bài 15: Tìm phát biểu đúng. A. Phản ứng phân hạch dây chuyền chỉ xảy ra nếu tổng khối lượng của khối chất tham gia phản ứng nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị tới hạn nào đó (m ≤ m₀). B. Phản ứng phân hạch dây chuyền chỉ xảy ra nếu tổng khối lượng của khối chất tham gia phản ứng lớn hơn hoặc bằng một giá trị tới hạn nào đó (m > m₀). C. Phản ứng phân hạch dây chuyền luôn xảy ra, không phụ thuộc vào khối lượng của khối chất tham gia phản ứng. D. Khối lượng tới hạn của các nguyên tố hóa học khác nhau là như nhau.

Hiển thị đáp án

- Để giảm thiểu số notron 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 m₀. Chọn đáp án B

Bài 16: Các thanh Cađimi trong lò phản ứng hạt nhân có tác dụng: A. Hấp thụ các nơtron tạo ra từ sự phân hạch B. Như chất xúc tác để phản ứng xảy ra C. Làm cho sự phân hạch nhanh hơn D. Tạo ra các nơtron duy trì phản ứng phân hạch

Hiển thị đáp án

- Để đảm bảo cho hệ số nhân nơtron bằng 1, trong lò phản ứng người ta dùng các thanh điều khiển có chứa bo hay cađimi, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron. Chọn đáp án A

Bài 17: Nơtron nhiệt là: A. nơtron ở trong môi trường có nhiệt độ cao. B. nơtron có năng lượng cỡ 0,01eV. C. nơtron chuyển động với vận tốc rất lớn và tỏa nhiệt. D. nơtron có động năng rất lớn.

Hiển thị đáp án

- Nơtron nhiệt là nơ tron đã được giảm tốc, có năng lượng rất nhỏ, cỡ 0,01eV. Chọn đáp án B

Bài 18: Đặc điểm nào sau đây là một trong các đặc điểm khác nhau giữa sự phân hạch và sự phóng xạ: A. Sự phân hạch là phản ứng hạt nhân có điều khiển còn sự phóng xạ có tính tự phát và không điều khiển được. B. Sự phân hạch là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng còn sự phòng xạ là phản ứng hạt nhân thu năng lượng. C. Sản phẩm của phản ứng hạt nhân có tính ngẫu nhiên còn sản phẩm của sự phóng xạ đã biết trước. D. Trong quá trình phân hạch động lượng được bảo toàn còn trong quá trình phóng xạ thì động lượng thay đổi.

Hiển thị đáp án

- A. Sai vì có những phản ứng phân hạch không điều khiển được. Ví dụ như bom nguyên tử. - B. Sai vì sự phóng xạ cũng có thể là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng. - C. Đúng vì sản phẩm của phản ứng hạt nhân có tính ngẫu nhiên còn sản phẩm của sự phóng xạ đã biết trước. - D. Sai vì đều là phản ứng hạt nhân nên động lượng luôn được bảo toàn. Chọn đáp án C

Bài 19: Biết U235 có thể bị phân hạch theo phản ứng sau:

- Khối lượng của các hạt tham gia phản ứng: m_U = 234,99332u; m_n = 1,0087u; m_I = 138,8970u; m_Y = 93,89014u; 1uc² = 931,5MeV. - Nếu có một lượng hạt nhân U235 đủ nhiều, giả sử ban đầu ta kích thích cho 10¹⁰ hạt U235 phân hạch theo phương trình trên và sau đó phản ứng dây chuyền xảy ra trong khối hạt nhân đó với hệ số nhân nơtrôn là k = 2. Coi phản ứng không phóng xạ gamma. Năng lượng toả ra sau 5 phân hạch dây chuyền đầu tiên (kể cả phân hạch kích thích ban đầu): A. 175,85 MeV B. 11,08.10¹² MeV C. 5,45.10¹³ MeV D. 8,79.10¹² MeV

Hiển thị đáp án

- Năng lượng tỏa ra sau mỗi phân hạch:

- Khi 1 phân hạch kích thích ban đầu sau 5 phân hạch dây chuyền số phân hạch xảy ra là: 1 + k¹ + k² + k³ + k⁴ = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 31 - Do đó số phân hạch sau 5 phân hạch dây chuyền từ 10¹⁰ phân hạch ban đầu N = 31.10¹⁰. - Năng lượng tỏa ra:

Chọn đáp án C

Bài 20: Trong phản ứng dây chuyền của hạt nhân U235, phản ứng thứ nhất có 100 hạt nhân U235 bị phân rã và hệ số nhân notron là k = 1,6. Tính tổng số hạt nhân bị phân rã đến phản ứng thứ 101. A. 5,45.10²³. B. 3,24.10²². C. 6,88.10²². D. 6,22.10²³.

Hiển thị đáp án

- Phản ứng thứ nhất có 100 hạt nhân U235 bị phân rã, phản ứng thứ hai có 100x1,6 =160 hạt nhân U235; phản ứng thứ ba có 100 x (1,6)² hạt nhân U235;..... phản ứng thứ 100 có 100x (1,6)⁹⁹ - Tổng số hạt nhân bị phân rã đến phản ứng thứ 101:

Chọn đáp án C

Bài 21: Phần lớn năng lượng giải phóng trong phân hạch là: A. động năng các nơtron phát ra. B. động năng các mảnh. C. năng lượng tỏa ra do phóng xạ của các mảnh D. năng lượng các phôtôn của tia γ.

Hiển thị đáp án

- Sự phân hạch của các nguyên tố nặng là một phản ứng toả nhiệt và có thể giải phóng một lượng năng lượng đáng kể dưới dạng tia gama và động năng của các hạt được giải phóng (đốt nóng vật chất tại nơi xảy ra phản ứng phân hạch). Chọn đáp án B

Bài 22: Điểm giống nhau giữa sự phóng xạ và phản ứng phân hạch là: A. Đều là phản ứng toả năng lượng. B. Có thể thay đổi do các yếu tố bên ngoài. C. Các hạt nhân sinh ra có thể biết trước. D. Cả ba điểm nêu trong A, B, C.

Hiển thị đáp án

- Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử của một số nguyên tố (kém bền vững) tự phóng ra các bức xạ rồi biến đổi thành hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố khác (bền vững hơn). Các kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình phóng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong gây ra và hoàn toàn không chịu tác dộng của các yếu tố ben ngoài như nhiệt độ, áp suất.. Chọn đáp án A

Bài 23: Chọn câu sai. Những điều kiện cần phải có để tạo nên phản ứng hạt nhân dây chuyền là gì? A. Phải có nguồn tạo ra nơtron. B. Sau mỗi phân hạch, số nơtron giải phóng phải lớn hơn hoặc bằng 1. C. Nhiệt độ phải đưa lên cao. D. Lượng nhiên liệu (urani, plutôni) phải đủ lớn.

Hiển thị đáp án

- Phản ứng hạt nhân dây chuyền xảy ra không cần phải đưa lên nhiệt độ lên cao. Chọn đáp án C

Mục lục Giải bài tập Vật Lí 12 hay nhất

Chương 1: Dao động cơ