Bài 38. Phản ứng phân hạch

Lý thuyết

Trang 195 - sgk vật lí 12

Quá trình phóng xạ$\alpha $có phải là phân hạch hay không?

Hướng dẫn giải

Quá trình phóng xạ$\alpha $không phải là sự phân hạch vì hai mảnh vỡ có khối lượng khác nhau nhiều.

Trang 195 - sgk vật lí 12

Tại sao không dùng proton thay cho nơtron?

Hướng dẫn 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.

Bài tập 1: trang 198 - sgk vật lí 12

So sánh quá trình phóng xạ α và quá trình phân hạch.

Hướng dẫn giải

So sánh quá trình phân rã và quá trình phân hạch:

Bài tập 2: trang 198 - sgk vật lí 12

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.

Hướng dẫn 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 ).

Bài tập 3: trang 198 - sgk vật lí 12

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.

Hướng dẫn giải

Chọn B.

Bài tập 4: trang 198 - sgk vật lí 12

Hoàn chỉnh các phản ứng:

$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{39}^{94}\textrm{Y}+_{?}^{140}\textrm{I}+x(_{0}^{1}\textrm{n})$

$_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{?}^{95}\textrm{Zn}+_{52}^{138}\textrm{Te}+x(_{0}^{1}\textrm{n})$

Hướng dẫn 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 = 3

 

 $_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{40}^{95}\textrm{Zn}+_{52}^{138}\textrm{Te}+3(_{0}^{1}\textrm{n})$

Bài tập 5: trang 198 - sgk vật lí 12

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 $^{235}\textrm{U}$.

Hướng dẫn 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:

m_n = 1,00866u, m_U =234,99332u, m_I = 138,89700u, m_Y= 93,89014u.

Tổng khối lượng của các hạt trước tương tác là:

M₀ = m_n + m_U.

Tổng khối lượng các hạt sau tương tác là:

M = m_I + m_y + 3m_n.

Năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân$_{235}\textrm{U}$là:

W = ( M₀ - M )c² =[ m_n + m_u - ( m_I + m_y + 3m_n )]c²

    = ( 234,99332u + 1,00866u - 138,89700 - 93,89014u - 3.1,00866u).c²

    = 0,18886u.c² = 0,18886.931,5 = 175,923 MeV.

Bài tập 6: trang 198 - sgk vật lí 12

Tính năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1kg $^{235}\textrm{U}$ Cho rằng mỗi phân hạch tỏa ra năng lượng 200MeV.

Hướng dẫn 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 =$2,56298.10^{24}.200 = 5,126.10^{26}MeV$