Học tốt Vật lí 12, bài 38: Phản ứng phân hạch

Thứ bảy - 17/08/2019 12:57

Hệ thống kiến thức lí thuyết cơ bản cần nhớ, hướng dẫn trả lời câu hỏi sách giáo khoa và giải bài tập Vật lí 12, bài 38: Phản ứng phân hạch

A. Kiến thức cơ bản
1. Phản ứng phân hạch
Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn (kèm theo một vài nơtron phát ra). Các hạt tạo ra có cùng cỡ khối lượng.
2. Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng
Phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng phân hạch.
3. Phản ứng phân hạch dây chuyền
Giả sử một lần phân hạch có k nơtron được giải phóng đến kích thích các hạt nhân ²³⁵U tạo nên những phân hạch mới. Sau n lần phân hạch liên tiếp, số nơtron giải phóng là kⁿ và kích thích kⁿ phân hạch mới.
Khi k ≥ 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền được duy trì.
Khối lượng tối thiểu của chất phân hạch để phản ứng phân hạch duy trì được gọi là khối lượng tối hạn.
4. Phản ứng phân hạch có điều khiển
Khi k = 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và năng lượng phát ra không đổi theo thời gian. Đây là phản ứng phân hạch có điều khiển được thực hiện trong các lò phản ứng hạt phân.

B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 38
C1. 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 2 mảnh vỡ có khối lượng khác nhau nhiều.

C2. Tại sao không dùng prôtôn 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 dùng prôton thay cho nơtron vì prôton mang điện tích dương sẽ chịu tác dụng của lực đẩy do các hạt nhân tác dụng.

C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 38 TRANG 198
1. So sánh quá trình phóng xạ α và quá trình phân hạch.
Trả lời:
So sánh quá trình phân rã và quá trình phân hạch:
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
Năng lượng tạo ra từ phản ứng phân hạch rất lớn so với năng lượng phóng xạ.
Phản ứng phân hạch có thể tạo ra phản ứng dây chuyền còn sự phóng xạ α không thể tạo ra phản ứng dây chuyền.

2. Căn cứ vào độ lớn của

chứng tỏ rằng, quá trình phân hạch thường chỉ xảy ra đối với các hạt nhân có số nuclôn lớn hơn hay bằng 200.
Trả lời:
Giả sử xét phản ứng phân hạch:

n +

U →

I +

Sr + 2

n
Ta nhận thấy các hạt sinh ra có số khối xấp xỉ trong khoảng 50 đến 100 thì năng lượng liên kết riêng

sẽ lớn hơn

của các hạt trước phản ứng. (có số khối A lớn hơn 200).

3. Chọn câu đúng.
Phần lớn năng lượng giải phóng trong phân hạch là
A. Động năng các natron 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.
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 200 MeV, lượng năng lượng này được phân bố như sau:
- Động năng của các mảnh: 168 MeV -
- Tia γ: 11 MeV
- Các nơtron + β + Nơtrino: 21 MeV

4. Hoàn chỉnh các phản ứng:

n +

U →

Y +

I +

n +

U →

Y +

Te +

Giải:
a.

n +

U →

Y +

I +

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclon
0 + 92 = 39 + z => z = 53
1 + 235 = 94 + 140 + 1X => X = 2
=>

n +

U →

Y +

I +

n +

U →

Y +

Te +

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số nuclon
0 + 92 = z + 52 => z = 40
1 + 235 = 95 + 138 + x => x = 3
=>

n +

U →

Y +

Zn +

5. Xét phản ứng phân hạch:

n +

U →

I +

Y +

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

n +

U →

I +

Y +

+ γ
Ta có khối lượng của các hạt nhân trên là:
m_n= l,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_γ + 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_γ + 3m_n)].c²
= (234,99332u + 1,00866u - 138,89700u - 93,89014u - 3.1,00866 u).c²
= 0,18886u.c² = 0,18886.931,5 = 175,923 MeV

6. Tính năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1 kg ²³⁵U. Cho rằng mỗi phân hạch toả ra năng lượng 200 MeV.
Giải:
Số nguyên tử ²³⁵U có trong 1 kg ²³⁵U là
N =