Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

So sánh phản ứng hạt nhân và phản ứng hóa học.

Phản ứng hóa học:

Có sự biến đổi các phân tử như: HCl đổi thành NaCl.

Có sự bảo toàn các nguyên tử: Số các nguyên tử trước và sau phản ứng bằng nhau.

Có sự bảo toàn các nguyên tử: Số các nguyên tử trước và sau phản ứng bằng nhau.

Có sự bảo toàn khối lượng nghỉ: Tổng khối lượng nghỉ trước và sau phản ứng bằng nhau.

Phản ứng hạt nhân:

Có sự biến đổi các hạt nhân như: hạt nhân sinh ra khác với hạt nhân ban đầu.

Có sự biến đổi các nguyên tố.

Không bảo toàn khối lượng nghỉ: Tổng khối lượng nghỉ của các hạt sinh ra lớn hơn tổng khối lượng nghỉ của các hạt ban đầu.

Chọn đáp án C.

Năng lượng liên kết riêng ε (là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn): ε = ΔE/A.

Lưu ý: Năng lượng liên kết riêng là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững và ngược lại. Thực tế các hạt nhân có số khối A trong khoảng 50u đến 80u có năng lượng liên kết riêng lớn nhất (cỡ 8,8MeV/1nuclon) nên bền hơn các hạt nhân có số khối ngoài khoảng.

Chọn đáp án D.

Bản chất lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân là lực tương tác mạnh.

Chọn đáp án A.

Các nuclon liên kết với nhau bởi lực hạt nhân. Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn, nó là loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân (lực tương tác mạnh). Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10-15 m = 10-13 cm).

Chọn đáp án C.

Các hạt nhân có số khối A trong khoảng 50u đến 80u có năng lượng liên kết riêng lớn nhất (cỡ 8,8MeV/1nuclon) nên bền hơn các hạt nhân có số khối ngoài khoảng.Vì hạt nhân Fe có số khối lượng trung bình 50 < A < 80 nên bền vững hơn các hạt ngoài khoảng.

Wlk = Δm.c2 = (10mp + 10mn – mNe).c2 = 160,64 MeV = 160,64.uc2/931,5 = 0,17245uc2

⇒ 10.1,00728u + 10.1,00866u – mNe = 0,17245u.

Khối lượng hạt nhân mNe = 10.1,00728u + 10.1,00866u - 0,17245u = 19,98695u.

Khối lượng nguyên tử  là: mnt = mNe + 10me

⇒ mnt = 19,98695u + 10.0,00055u = 19,98695u.

Năng lượng liên kết của

Wlk = (26mp + 30mn – mFe).c2 = (26.1,00728u + 30.1,0086u – 55,934939u).c2

⇔ 0,514141uc2 = 0,514141. 931,5 MeV = 478,9223415 (MeV)

Năng lượng liên kết riêng:

Hoàn chỉnh các phản ứng

a) Xét phản ứng: 

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 3 + Z = 4 + 0 → Z = 1

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon: 6 + A = 7 + 1 → A = 2

Vậy 

Phản ứng đầy đủ: 

b) Xét phản ứng: 

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 5 + Z = 3 + 2 → Z = 0

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon: 10 + A = 7 + 4 → A = 1

Vậy 

Phản ứng đầy đủ: 

c) Tương tự: 

Năng lượng tỏa ra của phản ứng là:

W = (mH + mLi – 2.mHe)c2 = 22,4 MeV = 22,4u.c2/931,5 = 0,024047u.c2

→ Khối lượng nguyên tử của  :

mLi = 0,024047u + 2mHe – mH = 0,024047u + 2.4,00150u – 2,0140u = 6,01307u

Khối lượng nguyên tử Li là :

mnt = mLi + 3.me = 6,01307u + 3.0,00055u = 6,01472u

Chọn đáp án C

Trong phản ứng hạt nhân, không có bảo toàn động năng.

Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:

- Bảo toàn số nuclôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4

- Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4

- Bảo toàn động lượng: p1→ + p2→ = p3→ + p4→ hay m1v1→ + m2v2→ → m3v3→ + m4v4→

- Bảo toàn năng lượng toàn phần: KX1 + KX2 + ΔE hoặc ∑ Ktrước pứ + ΔE = ∑ Ksau pứ

(Trong đó: ΔE là năng lượng phản ứng hạt nhân (ΔE > 0 toả năng lượng, ΔE < 0 thu năng lượng); KX là động năng chuyển động của hạt X.)

Lưu ý: Phóng xạ hay phản ứng hạt nhân không tuân theo định luật bảo toàn khối lượng, năng lượng nghỉ, số proton, notron, electron, cơ năng (năng lượng cơ học).

Chọn đáp án D

Phản ứng thu năng lượng là phản ứng D.

Các phản ứng còn lại là phản ứng tỏa năng lượng: