Giải vật lí 12 bài 38: Phản ứng phân hạch
Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 38: Phản ứng phân hạch - sách giáo khoa vật lí 12. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 12 bài 38: Phản ứng phân hạch nhé.
[toc:ul]
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch
1. Phản ứng phân hạch là gì?
- Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân trung bình (kèm theo một vài nơron phát ra).
2. Phản ứng phân hạch kích thích
- Để có phản ứng phân hạch xảy ra phải cho một nơron bắn vào hạt nhân X, đưa hạt nhân X lên trạng thái kích thích từ đó bị vở thành hai hạt nhân trung bình kèm theo một vài nơron phát ra
II. Năng lượng phân hạch
1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền
- Giả sử sau mỗi phân hạch có k nơtrôn được giải phóng đến kích thích các hạt nhân khác tạo nên những phân hạch mới. Sau n lần phân hạch, số nơtrôn giải phóng là và kích thích phân hạch mới.
Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh.
Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra không đổi.
Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra tăng nhanh, có thể gây nên bùng nổ.
- Để khối lượng của chất phân hạch phải đạt đến một đạt đến một giá trị tối thiểu nào đó gọi là khối lượng tới hạn.
3. Phản ứng phân hạch có điều khiển
- Được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k = 1.
- Dùng các thanh điều khiển có chứa bo hay cađimi hấp thụ các nơron thừa để đảm bảo k = 1. Nhiên liệu phân hạch trong các lò phản ứng thường là$^{235}\textrm{U}$hay$^{239}\textrm{Pu}$
II. GIẢI BÀI TẬP
Hướng dẫn trả lời các câu hỏi giữa bài
Giải câu 1: Quá trình phóng xạ$\alpha $có phải là...
Quá trình phóng xạ$\alpha $có phải là phân hạch hay không?
Bài giải:
Quá trình phóng xạ$\alpha $không phải là sự phân hạch vì hai mảnh vỡ có khối lượng khác nhau nhiều.
Giải câu 2: Tại sao không dùng proton thay cho...
Tại sao không dùng proton thay cho nơtron?
Bài giải:
Ta dùng nơtron bắn vào hạt nhân X để hạt nhân X chuyển sang một trạng thái kích thích X*. Ta không dung proton thay cho nơtron vì proton mang điện tích dương sẽ chịu tác dụng của lực đẩy do các hạt nhân tác dụng.
Hướng dẫn trả lời các câu hỏi cuối bài
Giải câu 1: So sánh quá trình phóng xạ α và quá...
So sánh quá trình phóng xạ α và quá trình phân hạch.
Bài giải:
So sánh quá trình phân rã và quá trình phân hạch:
Giải câu 2: Căn cứ vào độ lớn của$\frac{W_{lk}}{A}$chứng tỏ...
Căn cứ vào độ lớn của$\frac{W_{lk}}{A}$chứng tỏ rằng, quá trình phân hạch thường chỉ xảy ra đối với các hạt nhân có số nuclôn lớn hơn hay bằng 200.
Bài giải:
Giả sử xét phản ứng phân hạch:
$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{236}\textrm{U}\rightarrow _{54}^{139}\textrm{Xe}+_{38}^{95}\textrm{Sr}+2_{0}^{1}\textrm{n}$
Ta nhận thấy các hạt sinh ra có sô khối xấp xỉ trong khoảng 50 đến 100 thì năng lượng lien kết riêng$\frac{W_{lk}}{A}$ sẽ lớn hơn $\frac{W_{lk}}{A}$ của các hạt trước phản ứng ( có số khối lớn hơn 200 ).
Giải câu 3: Chọn câu đúng....
Chọn câu đúng.
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 photon của tia γ.
Bài giải:
Chọn B.
Giải câu 4: Hoàn chỉnh các phản ứng:...
Hoàn chỉnh các phản ứng:
$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{39}^{94}\textrm{Y}+_{?}^{140}\textrm{I}+x(_{0}^{1}\textrm{n})$
$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{?}^{95}\textrm{Zn}+_{52}^{138}\textrm{Te}+x(_{0}^{1}\textrm{n})$
Bài giải:
- $_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{39}^{94}\textrm{Y}+_{?}^{140}\textrm{I}+x(_{0}^{1}\textrm{n})$
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclon:
0 + 92 = 39 + Z ⇒ Z = 53
1 + 235 = 94 + 140 + 1 ⇒ X = 2.
⇒$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{39}^{94}\textrm{Y}+_{53}^{140}\textrm{I}+2(_{0}^{1}\textrm{n})$
- $_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{?}^{95}\textrm{Zn}+_{52}^{138}\textrm{Te}+x(_{0}^{1}\textrm{n})$
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số nuclon:
0 + 92 = Z + 52 ⇒ Z = 40.
1 + 235 = 95 + 138 + x ⇒ x =
$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{40}^{95}\textrm{Zn}+_{52}^{138}\textrm{Te}+3(_{0}^{1}\textrm{n})$
Giải câu 5: Xét phản ứng phân hạch:...
Xét phản ứng phân hạch:
$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{53}^{139}\textrm{I}+_{39}^{94}\textrm{Y}+3(_{0}^{1}\textrm{n})+\gamma$
Tính năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân $^{235}\textrm{U}$.
Bài giải:
Cho biết: $^{235}\textrm{U}=234,99332 u$
$^{139}\textrm{I}=138,89700u$
$^{94}\textrm{Y}=93,897014u $
Phản ứng phân hạch:
$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{53}^{139}\textrm{I}+_{39}^{94}\textrm{Y}+3(_{0}^{1}\textrm{n})+\gamma$
Ta có khối lượng của các hạt nhân trên là:
mn = 1,00866u, mU =234,99332u, mI = 138,89700u, mY= 93,89014u.
Tổng khối lượng của các hạt trước tương tác là:
M0 = mn + mU.
Tổng khối lượng các hạt sau tương tác là:
M = mI + my + 3mn.
Năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân$_{235}\textrm{U}$là:
W = ( M0 - M )c2 =[ mn + mu - ( mI + my + 3mn )]c2
= ( 234,99332u + 1,00866u - 138,89700 - 93,89014u - 3.1,00866u).c2
= 0,18886u.c2 = 0,18886.931,5 = 175,923 MeV.
Giải câu 6: Tính năng lượng tỏa ra khi phân hạch...
Tính năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1kg $^{235}\textrm{U}$ Cho rằng mỗi phân hạch tỏa ra năng lượng 200MeV.
Bài giải:
Số nguyên tử$^{235}\textrm{U}$ có trong 1 kg$^{235}\textrm{U}$là:
N =$\frac{m}{A}.N_{A}$=$\frac{10^{3}}{235}.6,023.10^{23}=2,56298.10^{24}nguyên tử$
Năng lượng tỏa ra khi phân hạch N nguyên tử là:
W = N.200 =$2,56298.10^{24}.200 = 5,126.10^{26}MeV$