Cho phản ứng tổng hợp hạt nhân: \({3^6}{\rm{Li}} + {1^2}{\rm{D}} \to {2^4}{\rm{He}} + {{\rm{Z}}^{\rm{A}}}{\rm{X}}\) Biết khối lượng nguyên tử của các hạt là \({m_{\rm{D}}} = 2,01410{\rm{u}};

Giải

a) Do điện tích và số nucleon được bảo toàn trong các phản ứng hạt nhân nên:

\(3 + 1 = 2 + Z \Rightarrow Z = 2\)

\(6 + 2 = 4 + A \Rightarrow A = 4\)

Hạt nhân \({Z^A}{\rm{X}}\) là \({2^4}{\rm{He}}.\)

Phương trình phản ứng có dạng: \(_3^6{\rm{Li}} + _1^2{\rm{D}} \to _2^4{\rm{He}} + _2^4{\rm{He}}.\)

b) Năng lượng toả ra của một phản ứng hạt nhân:

E_toả = (m_trước – m_sau)c²\( = [(6,01512{\rm{u}} + 2,01410{\rm{u}}) - (2.4,00260{\rm{u}})]{{\rm{c}}^2}\)

\( = 0,02402{\rm{u}}{{\rm{c}}^2} = 0,02402.\left( {931,5{\rm{MeV}}/{{\rm{c}}^2}} \right){{\rm{c}}^2} = 22,37{\rm{MeV}}.\)

c) Mỗi phản ứng tạo ra hai nguyên tử helium nên để tổng hợp được 1,00 g helium, số phản ứng cần xảy ra là

\(\frac{{(1,00\;{\rm{g}})}}{{(4\;{\rm{g}}/{\rm{mol}})}} \cdot (6,02 \cdot {10^{23}}\) nguyên tử /mol) : (2 nguyên tử /phản ứng) = 7,53.10²² phản ứng.

Tổng năng lượng toả ra khi tổng hợp được 1,00 g helium là

E= (7,53.10²² phản ứng).(22,4 MeV/phản ứng)\( \cdot \left( {1,6 \cdot {{10}^{ - 13}}\;{\rm{J}}/{\rm{MeV}}} \right) = 2,69 \cdot {10^{11}}\;{\rm{J}}\)

Năng lượng này đun sôi được số kilôgam nước ở 20^oC là

m=EcΔt=2,70⋅1011 J(4180 J/kg⋅K)⋅100°C−20°C=8,07⋅105 kg

Đáp án: a) \(_3^6{\rm{Li}} + _1^2{\rm{D}} \to _2^4{\rm{He}} + _2^4{\rm{He}}.\); b) \(22,4{\rm{MeV}}\); c) \(8,{07.10^5}\;{\rm{kg}}.\)