18
1 Một số vấn đề lý thuyết về NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN I. Liên kết hạt nhân : Các hạt proton và nơtron trong hạt nhân được gọi chung là các nucleon hay hạch tử Trong nguyên tử các nucleon tập trung ở tâm nguyên tử trong một vùng có kích thước rất nhỏ so với kích thước của nguyên tử tạo thành một hạt nhân bền vững, như vậy giữa các nucleon phải tồn tại một lực liên kết. Lực liên kết này không thể là lực tĩnh điện Coulomb, bởi trong hạt nhân các proton tích điện cùng dấu dương . Theo các nhà khoa học, ở đây đã xuất hiện một lực liên kết mới mà người ta gọi là "lực liên kết hạt nhân". Lực liên kết hạt nhân là một loại tương tác có cường độ rất lớn, nhưng bán kính tác dụng rất nhỏ (khoảng 10 -13 cm). Bản chất của lực liên kết hạt nhân chưa được hiểu rõ. Hiện nay, có nhiều giả thuyết giải thích sự tồn tại của loại lực liên kết này. Theo Tamm và Ivanenko lực tương tác giữa các nucleon xuất hiện do một quá trình chuyển hoá liên tục từ notron sang proton và ngược lại : e - xuất hiện trong hạt nhân được gọi là negatron (âm điện tử) và e + được gọi là positron (dương điện tử), v o là hạt notrino có khối lượng rất nhỏ ( 1/500. m e ) và không mang điện. II. Năng lượng hạt nhân Thực tế cho thấy khối lượng hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng các nucleon hình thành nên hạt nhân đó, người ta gọi hiện tượng này là sự hụt khối. Δm = m(nucleon) - m(hạt nhân) Ðiều này được giải thích như sau: Khi các nucleon kết hợp lại thành một hạt nhân,  nó cần có một năng lượng để kết dính các nucleon. Năng lượng này gọi là năng lượng liên kết. Ðể tạo ra năng lượng liên kết một phần khối lượng của các nucleon thành phần tham gia kết dính sẽ phải mất đi dưới dạng năng lượng. Vậy năng lượng liên kết có thể tính như sau : ΔE = Δm.C 2 Trong đó ΔE (J) : năng lượng, Δm (kg) : độ hụt khối và C (3.10 8 m/s) : vận tốc ánh sáng (C =3.10 8 m/s). VD : Tính năng lượng liên kết của hạt nhân , biết đo được khối lượng hạt nhân 54 Fe =53,956 đvC Số notron = 54 -26 =28 - Độ hụt khối : Δm = Δm(nucleon) - m(hạt nhân) = (26. 1,00728 + 28. 1,00866) 53,956 = 0,47576 - Năng lượng liên kết hạt nhân : ΔE = Δm.C 2 = 0,47576 .1,6605 . 10 -23 .10 -3 ( 3.10 8 m.s -1 ) 2 = 7,110.10 -11 J Ngược lại, từ một hạt nhân muốn phân nó ra thành các nucleon thành phần, ta phải cung cấp một năng lượng E đúng bằng năng lượng liên kết. Ðể so sánh độ bền vững của từng hạt nhân ta cần tính năng lượng liên kết riêng  đối với một nucleon và ta gọi tên nó là năng lượng liên kết riêng (E r ): Nếu năng lượng liên kết riêng càng lớn, thì năng lượng cung cấp làm phân rã hạt  nhân càng cao, vì thế hạt nhân đó được gọi là hạt nhân bền. Ngược lại, nếu năng lượng liên kết riêng càng nhỏ hạt nhân được gọi là hạt nhân không bền. So với năng lượng toả ra từ một phản ứng hoá học thông thường (vài chục kJ/mol),giá trị năng lượng giải phóng ra từ quá trình hình thành hạt nhân từ các nucleon lớn hơn hàng trăm triệu lần III. Qui lut về tính bền ca hạt nhân - Phản ứng hạt nhân Qui lut về tính bền ca hạt nhân ( thực nghiệm) - Hạt nhân có Z nhỏ bền có t số , khi Z tăng thì ( vì cần lượng lớn số nơtron để làm giảm lực đy ln nhau giữa số lượng lớn các proton) - Các hạt nhân có 2,8,20,50,52,126 proton hoc nơtron bền hơn các hạt nhân không có số đó. - Các hạt nhân có số chn proton và số chn notron thường bền hơn hạt nhân có số l các hạt này.

NANG LUONG HAT NHAN VA PHAN UNG HAT NHAN

Embed Size (px)

Citation preview

1Một số vấn đề lý thuyết về NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂNI. Liên kết hạt nhân :Các hạt proton và nơtron trong hạt nhân được gọi chung là các nucleon hay hạch tửTrong nguyên tử các nucleon tập trung ở tâm nguyên tử trong một vùng có kích thước rất nhỏ so với kích thước của nguyên tử tạo thành một hạt nhân bền vững, như vậy giữa các nucleon phải tồn tại một lực liên kết.Lực liên kết này không thể là lực tĩnh điện Coulomb, bởi trong hạt nhân các proton tích điện cùng dấu dương . Theo các nhà khoa học, ở đây đã xuất hiện một lực liên kết mới mà người ta gọi là "lực liên kết hạt nhân". Lực liên kết hạt nhân là một loại tương tác có cường độ rất lớn, nhưng bán kính tác dụng rất nhỏ (khoảng 10-13cm).Bản chất của lực liên kết hạt nhân chưa được hiểu rõ. Hiện nay, có nhiều giả thuyết giải thích sự tồn tại của loại lực liên kết này. Theo Tamm và Ivanenko lực tương tác giữa các nucleon xuất hiện do một quá trình chuyển hoá liên tục từ notron sang proton và ngược lại :

e- xuất hiện trong hạt nhân được gọi là negatron (âm điện tử) và e+ được gọi là positron (dương điện tử), vo là hạt notrino có khối lượng rất nhỏ ( 1/500. me) và không mang điện.

II. Năng lượng hạt nhânThực tế cho thấy khối lượng hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng các nucleon hình thành nên hạt nhân đó, người ta gọi hiện tượng này là sự hụt khối. Δm = m(nucleon) - m(hạt nhân)Ðiều này được giải thích như sau: Khi các nucleon kết hợp lại thành một hạt nhân,  nó cần có một năng lượng để kết dính các nucleon. Năng lượng này gọi là năng lượng liên kết. Ðể tạo ra năng lượng liên kết một phần khối lượng của các nucleon thành phần tham gia kết dính sẽ phải mất đi dưới dạng năng lượng. Vậy năng lượng liên kết có thể tính như sau : ΔE = Δm.C2

Trong đó ΔE (J) : năng lượng, Δm (kg) : độ hụt khối và C (3.108m/s) : vận tốc ánh sáng (C =3.108m/s).VD : Tính năng lượng liên kết của hạt nhân , biết đo được khối lượng hạt nhân 54Fe =53,956 đvC Số notron = 54 -26 =28 - Độ hụt khối : Δm = Δm(nucleon) - m(hạt nhân)

= (26. 1,00728 + 28. 1,00866) – 53,956 = 0,47576 - Năng lượng liên kết hạt nhân : ΔE = Δm.C2 = 0,47576 .1,6605 . 10-23 .10-3 ( 3.108m.s-1)2

= 7,110.10-11 JNgược lại, từ một hạt nhân muốn phân nó ra thành các nucleon thành phần, ta phải cung cấp một năng lượng E đúng bằng năng lượng liên kết. Ðể so sánh độ bền vững của từng hạt nhân ta cần tính năng lượng liên kết riêng  đối với một nucleon và ta gọi tên nó là năng lượng liên kết riêng (Er):

Nếu năng lượng liên kết riêng càng lớn, thì năng lượng cung cấp làm phân rã hạt   nhân càng cao, vì thế hạt nhân đó được gọi là hạt nhân bền. Ngược lại, nếu năng lượng liên kết riêng càng nhỏ hạt nhân được gọi là hạt nhân không bền. So với năng lượng toả ra từ một phản ứng hoá học thông thường (vài chục kJ/mol),giá trị năng lượng giải phóng ra từ quá trình hình thành hạt nhân từ các nucleon lớn hơn hàng trăm triệu lần III. Qui luât về tính bền cua hạt nhân - Phản ứng hạt nhânQui luât về tính bền cua hạt nhân ( thực nghiệm)

- Hạt nhân có Z nhỏ bền có ti số , khi Z tăng thì ( vì cần lượng lớn số nơtron để làm giảm lực đây lân

nhau giữa số lượng lớn các proton)- Các hạt nhân có 2,8,20,50,52,126 proton hoăc nơtron bền hơn các hạt nhân không có số đó.- Các hạt nhân có số chăn proton và số chăn notron thường bền hơn hạt nhân có số le các hạt này.

2- Hạt nhân có Z 84 (từ Po trở đi) đều không bền , đều có tính phóng xạ ( do lực đây Coulomb giữa các proton lớn).Phản ứng hạt nhân : "Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi hạt nhân nguyên tử nguyên tố này thành hạt nhân nguyên tử nguyên tố khác do sự phân rã tự nhiên, hoăc do tương tác giữa hạt nhân với các hạt cơ bản, hoăc tương tác của các hạt nhân với nhau ".

Trong phản ứng hạt nhân số khối và điện tích là các đại lượng được bảo toàn.Phản ứng hạt nhân làm biến đổi nguyên tử kém bền thành nguyên tử bền hơn .

IV. Sự phóng xạ :1. Định nghĩa : Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân không bền , tự phát ra các loại hạt hoăc bức xạ điện từ hoăc cả hai loại này . Các nguyên tố có hạt nhân loại này gọi là nguyên tố phóng xạ .Hiện tượng phóng xạ là do sự biến đổi xảy ra bên trong hạt nhân kèm theo hiệu ứng năng lượng rất lớn nên không chịu ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, áp xuất , xúc tác , điện từ trường...

- Phóng xạ tự nhiên là hiện tượng tự phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ có săn trong tự nhiên như , không cần tác động bên ngoài ( tự phát ra bức xạ không nhìn thấy với thành phần phức tạp)

- Phóng xạ nhân tạo : là hiện tượng phóng xạ của những nguyên tố nhân tạo, ví dụ .

2. Bản chất cua tia phóng xạ: Tia phóng xạ là những tia không nhìn thấy được phát ra từ hạt nhân của nguyên tố phóng xạ . Các tia này có thể là dòng hạt hoăc bức xạ điện từ .

- Tia α là dòng hạt nhân heli (mang điện dương) - Tia β- ( tia beta âm) là dòng các electron , còn gọi là tia β - Tia β+ (tia beta dương) là dòng các positron tức là các hạt có khối lượng bằng khối lượng của electron nhưng mang điện tích 1+ , kí hiệu là - Tia γ là dòng các photon , là dòng các hạt trung hòa , có cùng bản chất với ánh sáng. Sự phát ra electron hay positron kèm theo sự biến đổi ra lân nhau giữa proton và notron trong hạt nhân đồng thời giải phóng năng lượng . n → p + β-

p → n + β+

- Sự đoạt electron : hiện tượng electron ở lớp gần nhất ( thường là 1s) bị kết hợp vào nhân và khi đó trong hạt nhân một proton biến thành 1 notron , kèm theo sự phát ra tia γ

3. Các định luât chuyển dịch phóng xạ Định luật chuyển dịch phóng xạ thực chất là định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích - Khi phóng xạ tia α, hạt nhân mới tạo thành ( gọi là hạt nhân nguyên tố con ) kém hạt nhân nguyên tố mẹ ban đầu 4 đơn vị số khối và 2 đơn vị điện tích

VD : → + α - Khi phóng xạ hạt β- hạt nhân nguyên tố mới tạo thành có số khối bằng nhưng điện tích tăng lên một đơn vị so với hạt nhân ban đầu . VD : → + β- - Khi phóng xạ hạt β+ hạt nhân nguyên tố mới tạo thành có số khối bằng nhưng điện tích giảm đi một đơn vị so với hạt nhân ban đầu . VD : → + β+

3 - Khi xảy ra hiện tượng ‘ đoạt electron ’ hạt nhân mới tạo thành có số khối bằng nhưng điện tích giảm đi một đơn vị so với hạt nhân ban đầu

VD : + → + γ - Khi phân rã phóng xạ chi phát ra tia γ thì hạt nhân không bị biến đổi về số khối và điện tích nhưng có sự thay

đổi về trạng thái năng lượng trong hạt nhân .

4. Các dãy phóng xạ Các nguyên tố trong tự nhiên ,nếu có quá 83 proton thì không bền , hạt nhân tự phân rã phóng xạ ,trong số đó chi có 3 loại nguyên tử Thori-232 , Urani-235 và Urani-238 có đời sống đủ dài (chu kỳ bán hủy đủ lớn) nên còn tồn tại đến ngày nay . Các nguyên tố khác có Z > 83 ( đứng sau Bi) được tạo thành trong quá trình phân rã phóng xạ của Thori-232 , Urani-235 và Urani-238 Trong quá trình phân rã phóng xạ , hạt nhân mới tạo thành ( hạt nhân con ) có thể không bền nên lại tiếp tục bị phân rã phóng xạ , quá trình này lăp lại cho đến khi sản phâm cuối cùng là hạt nhân bền . Dãy các biến đổi phóng xạ kể từ hạt nhân đầu tiên (gọi là hạt nhân gốc) qua các bước phân rã phóng xạ liên tiếp cho đến sản phâm bền được gọi là một dãy phân rã phóng xạ . 4.1. Dãy phóng xạ tự nhiên : Ba đồng vị 232Th , 235U , 238U là 3 nguyên tố gốc của 3 dãy đồng vị phóng xạ tự nhiên . Các quá trình phóng xạ α và β của ba dãy này dân đến sự hình thành ba hạt nhân của 3 đồng vị bền là 208Pb , 207Pb , 206Pb

a) Phân rã phóng xạ của dãy 238 U ( Ghi dưới mũi tên là chu kỳ bán hủy )

Các phản ứng đều là phản ứng phân rã α hoăc β- nên các hạt nhân trong phóng xạ 238U có số khối bằng nhau hoăc hơn kém nhau 4 đơn vị và được tính bằng công thức

A = 4n +2 , với 51 < n < 59 ; n là số nguyên Hạt nhân đầu tiên là 238 U có A= 4.59 + 2 . Hạt nhân cuối cùng là 206Pb có A= 4.51 + 2

b) Dãy 232Th . Hạt nhân gốc là . Hạt nhân bền cuối cùng là . Số khối của các hạt nhân trong dãy được tính bằng công thức :

A = 4n , với 52 < n < 58c) Dãy 235U ( còn gọi là dãy Actini-urani) Hạt nhân gốc là . Hạt nhân bền cuối cùng là . Số khối của các hạt nhân trong dãy được tính bằng

công thức : A = 4n+ 3 , với 51 < n < 58

4.2.Dãy phóng xạ nhân tạo : Dãy 237Np Hạt nhân gốc là . Hạt nhân bền cuối cùng là . Số khối của các hạt nhân trong dãy được tính bằng

công thức : A = 4n+ 1 , với 51 < n < 58 Trong dãy này các hạt nhân có chu kỳ bán hủy không quá 1,6.105 năm nên chúng không tồn tại lâu dài trên trái đất .

20,4 năm

β

β0,04%

α2 giây

α

19,7 phút 1,,32phút

β99,6% 1,6.10- 4 giây

α β26,8 phút

βα

3,05 phút

αβ

5,01 ngày

≈100% 138 ngày

4,20 phút

α β

20682 Pb

45. Các nguyên tố phóng xạ nhân tạo . Khi bắn phá hạt nhân của một số nguyên tử nhẹ bằng hạt α,β,e ... thì các nguyên tố này biến thành nguyên tố phóng xạ , gọi là nguyên tố phóng xạ nhân tạo VD: Dùng hạt α bắn phá hạt nhân nguyên tử thì thu được hạt nhân : + → + Hạt nhân không bền có tính phóng xạ positron . → + Khi dùng hạt α bắn phá hạt nhân nguyên tử và thì thu được hạt nhân và đều có tính phóng xạ positron . Khi dùng notron bắn vào hạt nhân nguyên tử thì thu được hạt nhân

+ → có tính phóng xạ β- : → + +γ

Đồng vị phóng xạ được dùng tiêu diệt các u ung thư

6. Độ phóng xạ và chu kỳ bán huy

6.1 . Độ phóng xạ (tốc độ phóng xạ) Độ phóng xạ của một mâu phóng xạ là số phân rã phóng xạ xảy ra trong một đơn vị thời gian. Độ phóng xạ cũng chính là tốc độ phân rã phóng xạ của mâu đó : v Nếu ở thời điểm to , số hạt nhân là No , sau thời gian t còn lại N hạt nhân chưa bị phân rã ; như vậy ΔN = No – N là số hạt nhân phân rã sau thời gian Δt = t-to . Tốc độ phân rã :

= kN (1)

trong đó k ( hay λ )là hằng số phân rã phóng xạ , đơn vị của k là ( thời gian )-1, k chi phụ thuộc vào bản chất của chất phóng xạ , không phụ thuộc vào lượng chất phóng xạ trong mâu Đơn vị đo độ phóng xạ là Ci ( curie) , một curie = số phân rã phóng xạ xảy ra trong một giây của 1gam nguyên tố Ra-226, tức là bằng 3,7.1010 phân rã trong một giây = 1Bq6.2. Chu kỳ bán huy : t1/2

- Chu kỳ bán huy cua một đồng vị phóng xạ là thời gian để phân huy một nửa số nguyên tử ban đầu ( hay một nửa lượng ban đầu) .

- Bằng các kỹ năng toán học từ(1) ta suy ra :

hay (2) hay

Trong đó No là số hạt nhân nguyên tử phóng xạ ở thời điểm đầu , Ao : khối lượng chất phóng xạ ở thời điểm đầu

N là số hạt nhân đồng vị phóng xạ còn lại ở thời điểm t , A: khối lượng chất phóng xạ ở thời điểm t- Khi t = t1/2 lúc đó No/N = 2 và biểu thức (2) trở thành

hay 2,303 lg2 = k t1/2

Công thức tính chu kỳ bán hủy :

VD: Phản ứng phân rã phóng xạ : → + có chu kỳ bán hủy là 4,2 phút. a.Tính hằng số phóng xạ b. Tính thời gian để 206Tl còn lại 1/8 lượng ban đầu Giải :

5

a) phút -1

b) ln 8 =k t

phút

- Nếu Ro là tốc độ phóng xạ ban đầu( tức là số nguyên tử bị phân hủy trong một đơn vị thời gian ở thời điểm ban đầu) và R là tốc độ phóng xạ ở thời điểm t thì :

hay

6.3. Xác định tuổi cổ vât bằng phép đo phóng xạ : dựa vào chu kỳ bán hủy của một số đồng vị phóng xạa. Phép đo đồng vị phóng xạ 14 C Notron có trong tia vũ trụ thường xuyên chiếu vào khí quyển trái đất gây ra phản ứng hạt nhân

+ → +

phân rã β theo phản ứng : → + với chu kỳ bán hủy là 5730 năm.

Tốc độ của hai phản ứng hạt nhân này không đổi nên trong khí quyển trái đất luôn luôn có một lượng nhỏ không đổi của dưới dạng CO2 Do quá trình quang hợp nên động vị được đưa vào các bộ phận của cây ,qua các quá trình trao đổi chất đồng vị

được chuyển vào cơ thể các động vật , thực vật khác . Khi động vật , thực vật còn sống , quá trình trao đổi chất liên tục xảy ra nên hàm lượng ( hay nồng độ) của đồng vị trong cơ thể của chúng là một hằng số . Nhưng khi sinh vật chết , quá trình trao đổi chất ngừng lại thì hàm lượng trong cơ thể sinh vật giảm dần do quá trình phân rã phóng xạ . Các chất từ động vật , thực vật chuyển hóa thành đất ,đá ,than ,tro ... Trong cơ thể sinh vật đang sống 1g cacbon của cơ thể có 15,3 phân rã phóng xạ trong trong 1 giây . Bằng cách đo độ phân rã phóng xạ của trong những vết tích còn lại (đất ,đá ,tro, than ...) sau khi sinh vật chết , ta tính được tuổi của cổ vật. VD : Biết rằng trong cơ thể sinh vật đang sống 1g cacbon của cơ thể có 15,3 phân rã phóng xạ trong trong 1 giây . Trong tro than của một lò gốm cổ , 1 gam cacbon có 13,5 phân rã phóng xạ trong một giây . hãy cho biết tuổi thọ của lò gốm đó. Bài giải

Ta có : kt1/2 = ln2

Măt khác :

Số phân rã ti lệ thuận với số hạt nhân có trong mâu nên:

năm

b. Phép đo đồng vị U-238.Trong quả đất U-238 bị phân rã phóng xạ qua nhiều sản phâm trung gian , cuối cùng tạo thành hạt nhân bền . Tuy nhiên trong chuỗi phản ứng phân rã từ đến chi có phản ứng đầu tiên có tốc độ chậm nhất :

6với chu kỳ bán hủy bằng 4,51.109 năm . Vì thế có thể coi tốc độ phản ứng này quyết định tốc độ chung của toàn bộ chuỗi phản ứng phân rã của 238U . nếu trong mâu đó số mol 238U bằng số mol 206Pb tức là ti lệ khối lượng của 206Pb so

với khối lượng 238U trong mâu là

tuổi của mâu đá đó là 4,51.109 năm. Nếu ti số này nhỏ hơn 0,866 thì tuổi của mâu đá lớn hơn 4,51 ti năm

c. Phép đo đồng vị K-40 Đồng vị phân rã phóng xạ theo nhiều cách , trong đó có phản ứng bắt electron được ứng dụng thuận lợi cho việc xác định niên đại của mâu vật : + → với chu kỳ bán hủy là 1,2 .109 năm .Ar tạo thành khi K-40 phân rã phóng xạ bị giữ lại trong mạng lưới tinh thể của khoáng vật , chi khi bị nung chảy Ar mới thoát ra . Nhờ vậy bằng cách xác định ti lệ giữa lượng 40Ar với lượng 40K trong khoáng vật người ta xác định được niên đại của khoáng vật .

d. Phép đo phóng xạ triti ( )Hidro găp trong tự nhiên có 3 đồng vị là proti denteri và triti trong đó proti và dentori là đồng vị bền . Triti được tạo thành do tác dụng của tia vũ trụ chiếu vào hơi nước ở thượng tầng khí quyển . Do chuyển động đối lưu của không khí triti được phân bố đều vào khí quyển triti bị phân rã phóng xạ theo phản ứng :

→ + Với chu kỳ bán hủy là 12,5 năm . Do cân bằng giữa tốc độ tạo thành và quá trính phân rã phóng xạ mà hàm lượng triti trong nước mưa trong khí quyển không đổi và bằng 3.10 -18 phần trăm mol . Khi nước được giữ lâu trong chai , hàm lượng triti trong nước giảm dần , nên bằng cách đo độ phóng xạ β- của rượu đựng trong chai ta có thể xác định được tuổi của rượu VD chai rượu vang trong đó độ phóng xạ β- của rượu chi bằng 20% độ phóng xạ β- của nước mưa vừa mới thu , từ đó có thể tính ra chai rượu có tuổi 29 năm.V. Phản ứng phân chia hạt nhân (phản ứng phân hạch) và phản ứng tổng hợp hạt nhân 1. Phản ứng phân hạch – năng lượng hạt nhân - Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân bị tách thành hai hạt nhân có khối lượng trung bình đồng thời tách ra một hay một số notron. Vì hạt nhân năng kém bền hơn hạt nhân trung bình nên phản ứng kèm theo giải phóng một lượng lớn năng lượng . Ví dụ: Phản ứng phân hạch được nghiên cứu đầu tiên là phản ứng xảy ra khi hạt nhân U-235 kết hợp notron chậm : + → [ ] → + + 3( ) - Các notron được giải phóng ra lại tiếp tục gây ra các phản ứng phân hạch các hạt nhân U-235 khác , tức là xảy ra phản ứng chuỗi – gọi là phản ứng phân hạch dây chuyền - Năng lượng giải phóng ra khi phân hạch 1 mol 235U là 2,1.1013J , tương đương năng lượng giải phóng khi đốt 2,625.105 tấn than đá . 2. Phản ứng tổng hợp hạt nhân ( phản ứng nhiệt hạch) 2.1. Phản ứng tổng hợp nguyên tố mới : Ví dụ

- Dùng hạt nhân denteri bắn phá hạt nhân molipden ta được hạt nhân nguyên tố tecnexi (nguyên tố đầu tiên thu được từ phản ứng tổng hợp hạt nhân) + → +

- Dùng hạt α bắn phá hạt nhân bismut ta được Astatin + → + 2( )

- Các nguyên tố có Z > 100 được tổng hợp bằng cách dùng các hạt tích điện dương cao ( như chùm hạt α hoăc hạt nhân khác ) bắn vào hạt nhân năng.

7 2.2. Phản ứng kết hợp hạt nhân : Phản ứng kết hợp hạt nhân là quá trình kết hợp các hạt nhân nhỏ thành hạt nhân lớn hơn đồng thời giải phóng năng lượng rất lớn . Phản ứng hạt nhân thường xuyên xảy ra trên măt trời tạo ra nguồn năng lượng khổng lổ của măt trời Các phản ứng kết hợp hạt nhân nhẹ chi xảy ra ở nhiệt độ cao hàng triệu độ , được gọi là phản ứng nhiệt hạch . Đây là hướng lớn cung cấp năng lượng cho tương lai.

6,3 .10-13 J 2,8 .10-12 J

3,6 .10-12 JVI. ø ng dông cua đồng vị phóng xạ :

- Co-61 chữa ung thư- P-30 để theo dõi sự hập thu phôtpho của cây cối- U-238 , U-235 đánh giá tuổi quả đất - C-14 đánh giá tuổi của cổ vật ,xác ướp …- C-14 , O-18 để nghiên cứu các cơ chế phản ứng- Nhà máy điện nguyên tử

C. Bài tâp áp dụng : Câu hỏi Câu 1a) Thế nào là tốc độ phân hủy (hay phân rã) phóng xạ ? chu kỳ bán hủy của các hạt nhân phóng xạ?

b) Thế nào là phóng xạ kiểu α , kiểu β ? Lấy ví dụ . Kết quả của các quá trình phóng xạ đó ? c) Họ phóng xạ actini bắt đầu từ urani – 235 ( ) và kết thúc bằng chì – 207( )

- Năm giai đoạn đầu xảy ra lần lượt kiểu phóng xạ α , β , α , α và β. Hãy xác định các đồng vị phóng xạ được sinh ra trong mỗi giai đoạn bắt đầu từ urani – 235

- Sản phâm của giai đoạn tiếp theo lần lượt là : Hãy xác định kiểu phóng xạ ở mỗi giai đoạn và viết phương trình phóng xạ tương ứng

Hướng dân : a)Tốc độ phóng xạ ( hay phân rã) phóng xạ là số nguyên tử bị phân hủy trong 1 đơn vị thời gian . Chu kỳ bán hủy của các hạt nhân phân rã phóng xạ : là thời giam để phân hủy được một nửa số nguyên tử ban đầu ( hay một nửa lượng ban đầu) b) Phóng xạ kiểu α : là quá trình phóng xạ xảy ra khi hạt nhân nguyên tử phóng xạ hạt nhân heli , khi đó , phần còn lại có số khối giảm đi 4 đơn vị và số hiệu giảm 2 đơn vị . Ví dụ : - Phóng xạ kiểu β : là quá trình phóng xạ xảy ra khi hạt nhân nguyên tử phóng xạ hạt electron, khi đó số khối không thay đổi và số hiệu tăng 1 đơn vị . Ví dụ : c) Năm giai đoạn :

Sản phâm tiếp theo

8

Câu 2Nêu các hệ thức :

a) Tính chu kì bán hủy của các hạt nhân phóng xạ khi biết hằng số phóng xạ . b)Tìm lượng chất phóng xạ (tính theo đơn vị khối lượng) còn lại sau thời gian t c) Xác định niên đại của những di vật khảo cổ bằng các đồng vị phóng xạ

Hướng dân : a) Hệ thức tính chu kì bán hủy (l1/2) của các hạt nhân phóng xạ theo hằng số phóng xạ (k) :

(1)

b) Hệ thức xác định lượng chất phóng xạ (tính theo đơn vị khối lượng) còn lại sau thời gian t

lg (2)

hay ln ( ln )

- Trong đó : k : hằng số phóng xạ ; N0 , A0 : lượng chất phóng xạ ban đầu ; N , A : lượng chất phóng xạ trong thời gian t

- Nếu Ro là tốc độ phóng xạ ban đầu ( tức là một số nguyên tử bị phân hủy trong một đơn vị thời gian ở thời điểm ban đầu ) ; R là tốc độ phóng xạ thời điểm t . Ta có hệ thức :

lg hay ln

c) Xác định niên đại của những di vật khảo cổ bằng chất phóng xạ :

t = hay t =

Dạng 1 : Viết các phương trình biểu diễn sự phóng xạ hoặc phản ứng hạt nhân- Tính số phân rãCâu 1Một hạt nhân có thể biến đổi bằng cách a) Bức xạ 1e b) Bức xạ 1 positron c) Đoạt 1eTrong mỗi trường hợp nguyên tố mới nào được tạo thành ?Viết phương trình tạo thành nguyên tố đó?

Hướng dân: bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích a) b) c) Câu 2

1.Urani phân rã phóng xạ thành radi theo chuỗi sau :

Viết đầy đủ các phương trình phản ứng của chuỗi trên? 2. Chuỗi trên tiếp tục bị phân rã thành đồng vị bền . Hỏi có bao nhiêu phân rã α , β được phóng ra khi biến

thành ?Hướng dân :

1) Phương trình phân rã của chuỗi phóng xạ uranni:

2)

9

Ta có 238 = 206+4x + 0y x=8 92 = 82 + 2x - y y=6

Vậy có 8 phân rã α và 6 phân rã βCâu 3Trong quá trình phân rã tạo ra người ta phát hiện được các sản phâm sau

Hãy viết sơ đồ

chuyển hóa thành bằng các mũi tên và ghi rõ quá trình phân rã (α hay β) trên các mũi tên ? Biết rằng quá trình phân rã chi phóng ra hạt α và β .Hướng dân

Câu 4 Hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân sau :

a. ? + ( hay )b. + ?c. ? + (hay )d. + ? (hay )e. ? + 2 ( hay 2)

Đối với mỗi định luật bảo toàn được áp dụng để lập các phương trình trên ? Hãy phân tích một ví dụ để minh họa ? Hướng dân :

a. + ( hay )b. + c. + (hay )d. + (hay )e. + 2 ( hay 2)

§Ó thùc hiÖn ®îc viÖc c©n b»ng c¸c ph¬ng tr×nh trªn, ta dùa vµo 2 ®Þnh luËt b¶o toµn cô thÓ lµ:

- B¶o toµn sè khèi. VÝ dô xÐt a/ ë vÕ ph¶i ®Çu bµi ®· cho 206 + 4 = 210. VËy vÕ tr¸i ph¶i cã sè khèi lµ 210.

- B¶o toµn diÖn tÝch, cô thÓ lµ b¶o toµn sè Proton. Còng xÐt vÝ dô a/ ®Çu bµi cho vÕ ph¶i cã tæng sè Proton lµ 82+2=84. VËy vÕ tr¸i ph¶i cã sè Proton lµ 84. Tra b¶ng hÖ thèng tuÇn hoµn ta cã .Câu 5Mari và Pie Curi đã điều chế 226Ra từ quăng uran trong thiên nhiên .226Ra được tạo ra từ 235U hay 238U ?Hướng dân : Dựa vào định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích, ta có phương trình + 3 +2Vậy Ra226 được điều chế từ U238. Cần lưu ý Uran phóng xạ hạt Câu 6 Nguyên tử nguyên tố đứng dầu dãy phóng xạ của một họ phóng xạ . Trong chuỗi phóng xạ từ đến một nguyên tử X’ con , kí hiệu có bao nhiêu hạt α và hạt β đã phóng ra ? Hướng dân : Từ có

10

hạt α đã phóng ra

6x2-9=3 hạt β đã phóng raCâu 7Tìm số hạt α và β được phóng ra từ phóng xạ thành nguyên tố X. Biết rằng nguyên tử của nguyên tố X có e cuối cùng được đăc trưng bởi 4 số lượng tử : n=6 ; l=1 ; m l =0 ; ms =+1/2 . Ti lệ các hạt không mang điện và hạt mang điện trong hạt nhân nguyên tử là 1,5122Hướng dân : n=6; l=1 ; m=0 ; ms =+1/2 Phân mức năng lượng cao nhất của X : 6p2 => Z = 82 => N = 1,5122.82 = 124 Vậy X là : Gọi x , y lần lượt là số hạt và sinh ra từ sự biến đổi phóng xạ thành :

Ta có 206 + 4x = 238 x = 8 82 + 2x - y = 92 y = 6

Câu 8Hãy hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân sau đây? ( có định luật bảo toàn nào được dùng khi hoàn thành phương trình trên ? ) . a. + ... b. + ...Hướng dân:Áp dụng định luật bảo toàn vật chất ( bảo toàn số khối , bảo toàn điện tích ) để hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân a. + 2 + 2- b. + 7 + + 4-

Câu 9U238 tự phân rã liên tục thành một đồng vị bền của chì. Tổng cộng có 8 hạt được phóng ra trong quá trình đó. Hãy giải thích và viết phương trình phản ứng chung của quá trình này ?

Hướng dân : 238U tự phóng xạ tạo ra đồng vị bền cùng với ba loại hạt cơ bản: , và . Theo định luật bảo toàn khối lượng : x = 238 4 8 = 206. Vậy có .

Theo định luật bảo toàn điện tích :[ 92 – (82 + 2 8)] / (1) = 6. Vậy có 6 hạt .

Do đó phương trình chung của quá trình này là: + 8 He + 6.

Câu 10Liệu pháp phóng xạ được ứng dụng rộng rãi để chữa ung thư. Cơ sở của liệu pháp đó là sự biến đổi hạt nhân.

+ X (1) X + ... ; h = 1,25 MeV (2)

a. Hãy hoàn thành phương trình của sự biến đổi hạt nhân trên b. Hãy cho biết điểm khác nhau giữa phản ứng hạt nhân với phản ứng oxi hoá-khử (lấy thí dụ từ phản ứng (2) và phản ứng Co + Cl2 CoCl2).

Hướng dân :

a) Định luật bảo toàn vật chất nói chung, định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích nói riêng, được áp dụng:Điện tích : 27 + 0 = 27; Số khối : 59 + 1 = 60 X là . + 0n1 .Số khối : 60 = 60; Điện tích : 27 = 28 + x x = 1. Vậy có .

11 + ; hv = 1,25MeV.

b) Điểm khác nhau Phản ứng hạt nhân : xảy ra tại hạt nhân, tức là sự biến đổi hạt nhân thành nguyên tố mới. Ví dụ (b) ở trên. Phản ứng hoá học (oxi hoá khử) : xảy ra ở vỏ electron nên chi biến đổi dạng đơn chất, hợp chất. Ví dụ : Co +

Cl2 Co2+ + 2Cl CoCl2. Chất dùng trong phản ứng hạt nhân có thể là đơn chất hay hợp chất, thường dùng hợp chất. Chất dùng trong phản ứng oxi hoá khử, phụ thuộc vào câu hỏi mà phải chi rõ đơn chất hay hợp chất. Năng lượng kèm theo phản ứng hạt nhân lớn hơn hẳn so với năng lượng kèm theo phản ứng hoá học thông thường.

Dạng 2 : Tính chu kỳ bán huy Câu 1Một mâu ban đầu có 0,3mg 60Co . Sau 1,4 năm lượng 60Co còn lại 0,25 mg .Tìm chu kỳ bán hủy của 60Co ?Hướng dân :

Từ biểu thức : lg , ta suy ra :

Hằng số phóng xạ : k = (năm-1)

-> Chu kì bán hủy : năm

Câu 2Một trong những nguồn cơ bản của đồng vị phóng xạ 40K trong cơ thể người là xương . Tính thời gian bán hủy của 40K , biết rằng sau 4,5 ti năm lượng đồng vị này còn lại 7,0% Hướng dân:

Ta có : k = (ti năm -1 )

ti năm

Câu 31/Viết đầy đủ các phản ứng hạt nhân sau : a/ b/ c/ d/ 2/ Đồng vị phóng xạ dùng trong các nghiên cứu và chữa bệnh bướu cổ . Một mâu thử ban đầu có 1,00 mg . Sau 13,3 ngày lượng iot đó còn lại là 0,32 mg . Tìm thời gian bán hủy của Iot phóng xạ đó

Hướng dân 1/ a)

b) c)

d)

2/ k = (ngày-1)

t1/2 = ngày

Câu 4Một trong các chuỗi phân hủy phóng xạ tự nhiên bắt đầu với và kết thúc với đồng vị bền 1. Hãy tính số phân hủy β- xảy ra trong chuỗi này ?

122. là một phần tử trong chuỗi thori , thể tích của heli theo cm3 tại 0oC và 1 atm thu được là bao nhiêu khi 1g

( t1/2=1,91 năm ) được chứa trong bình 20 năm ? Chu kỳ bán hủy của tất cả các hạt trung gian là rất ngắn so với chu kỳ bán hủy của .3. Một phần tử trong chuỗi Thori , sau khi tách riêng , thấy có chứa 1,5.1010 nguyên tử của một hạt nhân và phân hủy với tốc độ 3440 phân rã mỗi phút . Chu kỳ bán hủy là bao nhiêu tính theo năm ?Hướng dân: 1) A = 232 - 208 = 24 và 24/4 = 6 hạt Như vậy điện tích hạt nhân giảm 2 6 = 12 đơn vị , nhưng sự khác biệt về điện tích hạt nhân chi là 90 -

82 đơn vị , nên phải có 12 - 8 = 4 + + 2) + Chu kì bán hủy của các hạt nhân trung gian nhau là tương đối ngắn so với

V = k.N = (nguyên tử / năm)

Số hạt He thu được : hạt He

Thể tích Heli = số mol 224 = (lit) = 3,56.103 (cm3)

3) = (phút) = 5,75 (năm)

Dạng 3 : Xác định lượng chất phóng xạ , thời gian phân huyCâu 1Xeri 137Ce là một sản phâm trong lò phản ứng hạt nhân , nó có chu kỳ bán hủy là 30,2 năm, 137Ce là một trong những đồng vị phóng xạ bị phát tán mạnh nhiều vùng ở châu Âu sau tai nạn hạt nhân Trec-no-bưn . Sau bao lâu lượng chất độc này còn lại 1,0% kể từ lúc xảy ra tai nạn ? Hướng dân :

Hằng số phóng xạ k =

Thời gian để chất độc còn lại 1 % = thời gian phân hủy 99% chất phóng xạ

t = năm

Câu 2Triti là đồng vị phóng xạ của hidro , có chu kì bán hủy là 12,3 năm . Nếu ban đầu có 1,5 mg đồng vị đó thì sau 49,2 năm còn lại bao nhiêu miligam ? Hướng dân:

k = (năm-1)

Ta có :

(mg)

Câu 3

13Coban – 60 được dùng trong y học để điều trị một số bệnh ung thư do nó có khả năng phát ra tia γ để hủy diệt tế bào ung thư . Coban – 60 khi phân rã phát ra hạt β và tia γ , có chu kì bán hủy là 5,27 năm : . Nếu ban đầu có 3,42 mg Coban – 60 thì sau 30 năm còn lại bao nhiêu ? Hướng dân

k = (năm-1)

=> => (mg)

Câu 4 Một mâu quăng urani tự nhiên có chứa 99,275 gam U; 0,720 gam U và 3,372.10-5 gam Ra. Cho các giá trị chu kì bán hủy: t1/2( U) = 7,04.108 năm, t1/2( U) = 4,47.109 năm, t1/2( Ra) = 1600 năm. Chấp nhận tuổi của Trái Đất là 4,55.109 năm. a. Tính ti lệ khối lượng của các đồng vị U / U khi Trái Đất mới hình thành. b. Nếu chưa biết chu kì bán huỷ của U thì giá trị này có thể tính như thế nào từ các dữ kiện đã cho?( U có chu kì bán hủy rất lớn. Vì thế, chu kì bán hủy của nó không thể xác định bằng cách đo trực tiếp sự thay đổi hoạt độ phóng xạ mà dựa vào cân bằng phóng xạ, được thiết lập khi chu kì bán hủy của mẹ rất lớn so với chu kì bán hủy của các con cháu. Ở cân bằng phóng xạ thế kỉ, hoạt độ phóng xạ của mẹ và các con cháu trở thành bằng nhau. Hoạt độ phóng xạ là tích số của hằng số tốc độ phân rã với số hạt nhân phóng xạ).

Hướng dân Ta có : m = m0.e-t m0 = m. et

Mà m0 = m.

trong đó là hằng số tốc độ phân rã phóng xạ, t1/2 là chu kì bán hủy, m và m0 lần lượt là khối lượng chất phóng xạ tại thời điểm t và tại t = 0. a. Khối lượng đồng vị U trong mâu quăng ở cách đây 4,55.109 năm được tính như sau:

m0( U) = m( U) . (1)

Tương tự, đối với đồng vị U: m0( U) = m( U) . (2)

Chia (2) cho (1): m0( U)/ m0( U) =

= = 0,31.

(Hoăc: thay m = 99,275 (g), t = 4,55.109 năm vào (1), ta có:

m0( U) = 99,275. = 202,38 g

Khối lượng đồng vị U trong mâu quăng ở cách đây 4,55.109 năm cũng tính tương tự:Thay m = 0,72 (g), t = 4,55.109 năm, ta có:

m0( U) = 0,72 . = 63,46 g

Như vây ti lệ khối lượng đồng vị U/ U khi Ttrái Đất mới hình thành là: 63,46 : 202,38 = 0,31.

b. Ra có số khối nhỏ hơn một số nguyên lần 4 u so với U, vì thế Ra là chất phóng xạ hình thành trong chuỗi

phóng xạ khởi đầu từ U. U có chu kì bán huỷ rất lớn so với Ra, trong hệ có cân bằng phóng xạ thế ki.Ở cân bằng phóng xạ thế ki, ta có: 1.N1 = n.Nn (3)

14

Trong đó: 1, n lần lượt là hằng số tốc độ phân rã của mẹ ( U) và cháu đời thứ n ( Ra),

N1, Nn lần lượt là số hạt nhân của mẹ ( U) và cháu đời thứ n ( Ra).Từ (3) rút ra: N1.(ln2)/t1/2(1) = Nn.(ln2)/t1/2(n).

t1/2(1) = = 4,47.109 năm.

Dạng 4 : Tìm niên đại cua cổ vât – thời gian phân huy chất phóng xạ :Câu 1Tìm niên đại của một mâu than củi có tốc độ phân hủy là 11,2 lần trong một giây cho 1 gam . Biết r»ng trong c¬ thÓ sinh vËt ®ang sèng 1g cacbon cña c¬ thÓ cã 15,3 ph©n r· phãng x¹ trong trong 1 gi©y . và ph©n r· β theo ph¶n øng : → + víi chu kú b¸n hñy lµ 5730 n¨m .Hướng dân:

k = (năm -1)

t = năm

Mâu than củi đã có trước đó : 2579,7 năm Câu 2Khi nghiên cứu một mảnh gỗ lấy từ hang động của dãy Hy-ma-lay-a , người ta thấy tốc độ phân rã (đối với mỗi gam cacbon) chi bằng 0,636 lần tốc độ phân rã của cácbon trong gỗ ngày nay .

Hãy xác định tuổi của mảnh gỗ đó biết rằng cacbon – 14 phóng xạ β với chu kì bán hủy là 5730 năm ?Hướng dân :

k =

t =

= 3,74.103 năm = 3740 năm . Tuôi của gỗ là 3740 nămCâu 3Một chất thải phóng xạ có chu kì bán hủy là 200 năm được chứa trong thùng kín và chôn dưới đất . Phải trong một thời gian là bao nhiêu để tốc độ phân rã giảm từ 6,50 1012 nguyên tử / phút xuống còn 3,00 10-3 nguyên tử / phút.

Hướng dân :

k =

t = năm

Câu 4Stronti – 90 ( ) là một đồng vị phóng xạ có chu kì bán hủy (t ½) là 28 năm được sinh ra khi nổ bom nguyên tử . Đó là một đồng vị phóng xạ khá bền và nó có khuynh hướng tích tụ vào tủy xương nên đăc biệt nguy hiểm cho người và súc vật . a/ Đây là một đồng vị phóng xạ β , viết và cân bằng phương trình phản ứng phân hủy phóng xạ , chi rõ sản phâm của phản ứng b/ Một mâu phóng ra 2000 phân tử β trong một phút . Hỏi cần bao nhiêu năm sự phóng xạ mới giảm xuống 125 hạt β trong một phút Hướng dân : a)

15

b) k = = (năm-1)

t = năm

Câu 5Một mâu đá chứa 13,2 μg và 3,42 μg . Biết rằng chu kỳ bán hủy của 238U là 4,51.109 năm . hãy tính tuổi của mâu đá ?Hướng dân :

k = (năm-1) = 0,1536585.109 (năm-1)

Tuổi của mâu đá : t = (1)

Ta có : . Cứ 1 mol U bị phân rã tạo thành 1 mol Pb

nuran phân rã = nPb

mUran bđ = 13,2 + 3,95 = 17,15

(1) t = năm

Vậy tuổi của mâu đá là 1,7 ti năm

Dạng 5 : Tìm tốc độ phân rãCâu 1

Có chu kì bán hủy là 1590 năm . Hãy tính khối lượng của một mâu Ra có cường độ phóng xạ bằng 1 Curi ( 1 Ci = 3,7.1010 Bq = 3,7.1010pr/s)Hướng dân:Ta có tốc độ phân hủy

V = k.N = 3,7. 1010 (Ci) (V = 1 Ci = 3,7.1010 phân rã / giây=3,7.1010 Bq)

=> Số hạt Ra có măt là nguyên tử

Câu 2Iot – 131 phóng xạ được dùng dưới dạng natri iođua để điều trị ung thư tuyến giáp trạng . Chất này phóng xạ β với chu kì bán hủy là 8,05 ngày

a) Viết phương trình phản ứng phân rã hạt nhân iot - 131 b) Nếu mâu ban đầu chứa 1,0 microgam iot – 131 thì trong mỗi phút bao nhiêu hạt β được phóng ra ?

Hướng dân a)

b) Hằng số phóng xạ k = (ngày -1)

Tốc độ phân hủy V là số nguyên tử bị phân hủy trong một đơn vị thời gian được xác định bằng biểu thức : V = k.N (Trong đó : k là hằng số phóng xạ ; N là số nguyên tử có măt )

Số mol I -131 có măt là : (mol)

Số nguyên tử I -131 = số mol . 6,023.1023 = nguyên tử

16 => số nguyên tử bị phân rã trong 1 ngày là : V = k.A = 0,086.4,6.1015 = 0,3956.1015

=> số nguyên tử bị phân rã trong 1 phút là (1 ngày có 24.60 phút) :

V = nguyên tử/phút

Câu 3Một mâu vật có số nguyên tử 11C ( t1/2=20 phút ) và 14C ( t1/2 = 5568 năm) như nhau ở một thời điểm nào đó a. Ở thời điểm đó ti lệ cường độ phóng xạ của 11C và 14C là bao nhiêu ?b. Ti lệ đó sẽ bằng bao nhiêu sau 6 giờ . Hướng dân:

Cường độ phóng xạ tính theo hằng số tốc độ k (hằng số phóng xạ) V = k.N (trong đó k = ; N là số nguyên tử

có măt) , cường độ phóng xạ tốc độ phóng xạ

= k

(phút-1) =k’

- Tại thời điểm t=0: số nguyên tử 11C = số nguyên tử 14C =N

lần

- Tại thời điểm t = 6 giờ (360 phút)

Vì k . t = => => => N = =

Vậy = lần

Câu 4Uran trong thiên nhiên có chứa 99,28% 238U ( có thời gian bán hủy là 4,5.109 năm) và 0,72% 235U ( có thời gian bán hủy là 7,1.108 năm ) Tính tốc độ phân rã mỗi đồng vị trên trong 10 gam U3O8 mới điều chế Hướng dân:Tốc độ phân huỷ hạt nhân dược tính theo phương trình v = .N (1) là hằng số tốc độ phân huỷ ; N là tổng số hạt nhân phóng xạ có ở thời điểm xét+ Trước hết cần tìm .Ta có = 0,6931 / t1/2 (2)t1/2 là thời gian phân huỷ đầu bài đã cho. Khi tính nên đổi ra giây cho phù hợp thông lệ.+ Tiếp đến tìm N như sau:

-Số mol U3O8 có trong 10gam

-Số hạt nhân Uran có tổng cộng là: 1,19.102.6,022.1023.3 = 2,15.1022 hạtTrong đó: N(U238) = N(238) = 2,15.1022.0,9928 = 2,13.1022 hạt N(U235) = N(235) = 2,15.1022.0,0072 = 1,55.1020 hạt+Dùng phương trình (1) để tính tốc độ phân rã của từng loại hạt nhân Uran

238U có V(238) = (238) . N(238) =

V(238) = 1,04.106 hạt nhân/giây

17

235U có V(235) = (235) . N(235) =

V(235) = 4,76.104 hạt nhân/giây

Dạng 6 : Năng lượng hạt nhân : Câu 1 Nguyên tử có khối lượng là 208,9804 amu . Hãy tính năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân . Biết khối lượng 1p = 1,007825 amu và khối lượng 1 notron là 1,008665 amu . 1kg tương đương với 6,0225. 1026 amuHướng dân: Năng lượng hạt nhân : E = - Độ hụt khối : - C : Vận tốc ánh sáng C = 3.108 m/s Năng lượng liên kết :

= 2,63.10-10 (kg.m2.s-2) hay J/hạt nhân

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân J/nucleon

Caâu 2 : Naêng löôïng lieân keát rieâng laø naêng löôïng tính cho moät nucleâon a. Haõy tính naêng löôïng lieân keát rieâng cuûa haït . Cho bieát caùc khoái löôïng haït nhaân sau: m = 4,0015u ; mp = 1,0073u ; mn = 1,0087ub.Tính naêng löôïng toûa ra khi taïo thaønh 1 gam Heli. Laáy NA = 6,022.1023 mol-1, He = 4,003 u

( 1MeV =1,6.10-13J)Hướng dân : a) Hạt : Năng lượng liên kết :

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân

b) Năng lượng tỏa ra khi tạo 1 gam He

Số nguyên tử He =

Năng lượng tỏa ra khi hình thành 1g He =

=

Bài tâp tự luyện1. Khi 1hạt nhân nguyên tử 237Np phóng xạ tạo thành 200Bi thì có bao nhiêu hạt α và bao nhiêu hạt β được phát ra ? (ĐS: 7 hạt α , 4 hạt β )2. Cacbon chiếm 18% trọng lượng cơ thể người, trong đó hàm lượng cacbon phóng xạ 14C chiếm 1,56.10-10 % . Chu kỳ bán hủy của C14 là 5570 năm . Tính tổng số lượng hạt phóng xạ ( số hạt / giây) do 14C tạo ra trong cơ thể người năng 60 kg . 3. Chaát phoùng xaï 210Po coù chu kì baùn raõ t1/2 = 138 ngaøy.Tính khối löôïng Po coù ñoä phoùng xaï laø1 Ci (ÑS: 0,222 mg)

184. Tính tuoåi cuûa moät pho töôïng coå baèng goã bieát raèng ñoä phoùng xaï cuûa noù baèng 0,77 laàn ñoä phoùng xaï cuûa moät khuùc goã coù cuøng khoái löôïng vöøa môùi chaët. Bieát naêm. (ÑS: 2100 naêm)5. Moät chaát phoùng xaï coù chu kì baùn raõ t1/2 = 10s. Luùc ñaàu coù ñoä phoùng xaï Ro = 2.107 Bq. Tính haèng soá phaân raõ phoùng xaï, soá nguyeân töû ban ñaàu, soá nguyeân töû coøn laïi vaø ñoä phoùng xaï cuûa chaát phoùng xaï ñoù sau 30s. (ÑS: k = 0,0693s-1, No = 2,9.108 nguyeân töû, N = No/8 nguyeân töû, R = Ro/8 Bq)6. Naêng löôïng lieân keát rieâng laø naêng löôïng tính cho moät nucleâon a. Haõy tính naêng löôïng lieân keát rieâng cuûa haït . Cho bieát caùc khoái löôïng haït nhaân sau: m = 4,0015u ; mp = 1,0073u ; mn = 1,0087ub. Tính naêng löôïng toûa ra khi taïo thaønh 1 gam Heli. Laáy NA = 6,022.1023 mol-1, He = 4,003 u

(ÑS: a. 7,1MeV ; b. 6,8.1010 J)7. Moät maãu Poloni nguyeân chaát coù khoái löôïng 2 (g), caùc haït nhaân Poloni phoùng xaï phaùt ra haït vaø chuyeån thaønh moät haït beàn. a. Vieát phöông trình phaûn öùng vaø goïi teân .b. Xaùc ñònh chu kì baùn raõ cuûa Poloni phoùng xaï, bieát trong 365 ngaøy noù taïo ra theå tích V = 179 cm3 khí He (ñktc) Tìm tuoåi cuûa maãu chaát treân bieát raèng taïi thôøi ñieåm khaûo saùt tæ soá giöõa khoái löôïng vaø khoái löôïng chaát ñoù laø 2:1. (ÑS: a. b. 138 ngaøy )