Blog

Năng lượng của phản ứng hạt nhân

Tính năng lượng từ phản ứng hạt nhân

  • Lý thuyết:

    • Gọi m0 = mA + mB là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng.
    • m = mC + mD là tổng khối lượng các hạt sau phản ứng.
    • Nếu m0 > m: phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng (phóng xạ; phân hạch; nhiệt hạch).
    • Nếu m0 < m: phản ứng hạt nhân thu năng lượng (các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt ban đầu, nghĩa là các hạt sinh ra bền vững hơn các hạt ban đầu).
    • Năng lượng tỏa ra hoặc thu vào: ΔE = (m0 – m)c^2 = (mA + mB – mC – mD)c^2
    • ΔE = ΔmC + ΔmD – ΔmA – ΔmB = εC.AC + εD.AD – εA.AA – εB.AB = KC + KD – KA – KB
    • Δm (notron) = 0; Δm (proton) = 0
    • Chú ý:
    • Năng lượng tỏa ra trong m gam phân hạch (hay nhiệt hạch): E = N.ΔE (1 phản ứng).
    • Với N = m/A.NA
    • Nếu phương trình phản ứng hạt nhân: A to B(tia) + C(hạt nhân con).
    • Tỉ số động năng và tỉ số khối lượng của các hạt sau phản ứng:
    • KB/KC = mC/mB = vB/vC
    • Năng lượng tỏa ra các phản ứng:
    • ΔE = KC(mB + mC)/mB = KB(mB + mC)/mC
  • Ví dụ minh họa:

    • Hướng dẫn:

      • Tổng khối lượng của các hạt nhân trước phản ứng nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt sau phản ứng nên Δm = -0,02u < 0 → Phản ứng thu năng lượng
      • Năng lượng thu vào trong phản ứng: ΔE = Δm.c^2 = 0,02uc^2
      • Thay: 1uc^2 = 931,5(MeV) → ΔE = 0,02 * 931,5 = 18,63 MeV
        → Chọn đáp án A.
    • Hướng dẫn:

      • Độ hụt khối của phản ứng: Δm = 2.2,0135u – (3,0149u+1,0087u) = 3,4.10^-3u
      • Ta có: Δm > 0 nên phản ứng là phản ứng tỏa năng lượng.
      • Năng lượng tỏa ra trong phản ứng: ΔE = Δm.c^2 = 3,4.10^-3uc^2
      • Thay: 1uc^2 = 931,5(MeV) → ΔE = 3,1971 MeV
        → Chọn đáp án D.
    • Hướng dẫn:

      • Phương trình phản ứng: 1H + 3Li to 2He + X
      • Số nguyên tử heli tổng hợp được: Nnt = n.NA = 0,5.6,02.10^23 = 3,01.10^23
      • Cứ một nguyên tử Heli thì có 1 hạt nhân Hli nên: Nhn = Nnt = 3,01.10^23
      • Dựa vào phương trình phản ứng ta thấy, cứ 1 phản ứng tổng hợp được 2 hạt nhân Heli nên: NPU = Nhn/2 = 1,505.10^23
      • Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5mol Heli: E = N.ΔE = 1,505.10^23.17,3 = 2,6.10^24(MeV)
        → Chọn đáp án B.
    • Hướng dẫn:

      • Năng lượng tỏa ra trong phản ứng: ΔE = Δm.c^2 = 25,73 MeV = 4,11.10^-12J
      • Số nguyên tử heli tổng hợp được: Nnt = m/A.NA = 1/4.6,02.10^23 = 1,505.10^23
      • Cứ một nguyên tử Heli thì có 1 hạt nhân Heli nên: Nhn = Nnt = 1,505.10^23
      • Dựa vào phương trình phản ứng ta thấy, cứ 1 phản ứng tổng hợp được 2 hạt nhân Heli nên: NPU = Nhn/2 = 0,7525.10^23
      • Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5mol Heli: E = N.ΔE = 3,09.10^11J
        → Chọn đáp án A.
    • Hướng dẫn:

      • Năng lượng tỏa ra trong một ngày: E = P.t = 3,9.10^26.86400 = 3,3696.10^31J
      • Số phản ứng xảy ra trong một ngày: NPU = NHe = 5,33.10^16.10^3/4.6,02.10^23 = 8,0217.10^42(phản ứng)
      • Năng lượng tỏa ra trong một phản ứng: ΔE = E/NPU = 4,2.10^-12J = 26,25 MeV
        → Chọn đáp án B.

Bài tập tự luyện

  • Câu 1: Bắn phá hạt nhân 14N đứng yên bằng một hạt alpha thu được hạt proton và một hạt nhân Oxy. Cho khối lượng của các hạt nhân mN=13,9992u; malpha=4,0015u; mP=1,0073u; mO=16,9947u; 1u=931MeV/c^2. Khẳng định nào sau đây liên quan đến phản ứng hạt nhân trên là đúng?
    A. Thu 1,39.10^-6 MeV
    B. Tỏa 1,21 MeV
    C. Thu 1,21 MeV
    D. Tỏa 1,39.10^-6 MeV

  • Câu 2: Cho phản ứng hạt nhân T+D to alpha+n. Cho biết mT=3,016u; mD=2,0136u; malpha=4,0015u; mn=1,0087u; 1u=931MeV/c^2. Khẳng định nào sau đây liên quan đến phản ứng hạt nhân trên là đúng?
    A. Tỏa 18,06 MeV
    B. Thu 18,06 MeV
    C. Tỏa 11,02 MeV
    D. Thu 11,02 MeV

  • Câu 3: Xét phản ứng hạt nhân xảy ra khi bắn phá nhôm bằng các hạt alpha: 27Al+alpha to 24He+X. Biết các khối lượng mAl=26,974u; mP=29,97u; malpha=4,0015u; mn=1,0087u. Tính năng lượng tối thiểu của hạt alpha để phản ứng xảy ra. Bỏ qua động năng của các hạt sinh ra.
    A. 5 MeV
    B. 4 MeV
    C. 3 MeV
    D. 2 MeV

  • Câu 4: Cho phản ứng hạt nhân: 6Li+1n to 3H+4He+4,8 MeV. Năng lượng tỏa ra khi phân tích hoàn toàn 1g Li là:
    A. 0,803.10^23 MeV
    B. 4,8.10^23 MeV
    C. 28,89.10^23 MeV
    D. 4,818.10^23 MeV

  • Câu 5: Cho phản ứng hạt nhân sau: 1H+9B to 2He+X+2,1 MeV. Năng lượng tỏa ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 4 gam heli bằng:
    A. 5,61.10^24 MeV
    B. 1,26.10^24 MeV
    C. 5,06.10^24 MeV
    D. 5,61.10^23 MeV

  • Câu 6: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng xạ alpha và biến đổi thành hạt nhân X, biết động năng Kalpha=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. 1,231 MeV
    B. 2,596 MeV
    C. 4,886 MeV
    D. 9,667 MeV

  • Câu 7: Một proton có động năng là 4,8 MeV bắn vào hạt nhân 23Na tạo ra 2 hạt alpha và hạt X. Biết động năng của hạt alpha là 3,2 MeV và vận tốc hạt alpha bằng 2 lần vận tốc hạt X. Năng lượng tỏa ra của phản ứng là:
    A. 1,5 MeV
    B. 3,6 MeV
    C. 1,2 MeV
    D. 2,4 MeV

  • Câu 8: Khối lượng của nguyên tử nhôm 27Al là 26,9803u. Khối lượng của nguyên tử 1H là 1,007825u, khối lượng của proton là 1,00728u và khối lượng của notron là 1,00866u. Độ hụt khối của hạt nhân nhôm là:
    A. 0,242665u
    B. 0,23558u
    C. 0,23548u
    D. 0,23544u

  • Câu 9: Cho khối lượng proton, notron, 40Ar, 6Li lần lượt là 1,0073u; 1,0087u; 39,9525u; 6,0145u và 1u=931,5MeV/c^2. So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 6Li thì năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 40Ar là
    A. Lớn hơn một lượng là 5,2 MeV
    B. Lớn hơn một lượng là 3,42 MeV
    C. Nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV
    D. Nhỏ hơn một lượng là 5,2 MeV

  • Câu 10: Cho mC=12,00000u; mP=1,00728u; mn=1,00867u; 1u=1,66058.10^-27kg. Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân 12C thành các nuclon riêng biệt bằng:
    A. 72,7 MeV
    B. 89,4 MeV
    C. 44,7 MeV
    D. 8,94 MeV

  • Câu 11: Năng lượng liên kết của 20Ne là 160,64 MeV. Khối lượng của nguyên tử 1H là 1,007825u; khối lượng của proton là 1,00728u và khối lượng của notron là 1,00866u. Coi 1u=931,5MeV/c^2. Khối lượng nguyên tử ứng với hạt nhân 20Ne là:
    A. 19,86947u
    B. 19,992397u
    C. 19,996947u
    D. 19,983997u

  • Câu 12: Tính năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1 gam Heli từ các proton và notron. Cho biết độ hụt khối hạt nhân He là 0,0304u; 1u=931,5MeV/c^2; 1MeV=1,6.10^-13J. Biết số Avogadro là 6,02.10^23; khối lượng mol của 4He là 4g/mol.
    A. 66.10^10 J
    B. 66.10^11 J
    C. 68.10^10 J
    D. 68.10^11 J

  • Câu 13: Dùng một proton có động năng 5,45 MeV bắn vào hạt nhân [9Be] đang đứng yên. Phản ứng tạo ra hạt nhân X và hạt nhân alpha. Hạt alpha bay ra theo phương vuông góc với phương tới của proton và có động năng 4 MeV. Khi tính động năng của các hạt, lấy khối lượng các hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử bằng số khối của chúng. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng này bằng:
    A. 3,125 MeV
    B. 4,225 MeV
    C. 1,145 MeV
    D. 2,125 MeV

  • Câu 14: Biết năng lượng liên kết riêng của hạt nhân doteri là 1,1 MeV/nuclon và của heli là 7 MeV/nuclon. Khi hai hạt doteri tổng hợp thành một nhân heli năng lượng tỏa ra là:
    A. 30,2 MeV
    B. 25,8 MeV
    C. 23,6 MeV
    D. 19,2 MeV

  • Câu 15: Cho phản ứng tổng hợp hạt nhân: 2D+2D to AZX+1n. Biết độ hụt khối hạt nhân D là ΔmD=0,0024u và của hạt nhân X là ΔmX=0,0083u. Phản ứng này thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng?
    A. Tỏa năng lượng là 4,24 MeV
    B. Tỏa năng lượng là 3,26 MeV
    C. Thu năng lượng là 4,24 MeV
    D. Thu năng lượng là 3,26 MeV

Đáp án: A, B, C, A, B, B, C, D, C, B

Related Articles

Back to top button