Giải bài tập Vật lý 12 Bài 38: Phản ứng phân hạch

§38. PHẢN ÚHGPHAN hạch
KIẾN THỨC Cơ BẢN
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.
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.
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, sô' 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.
Khôi lượng tô'i thiểu của chất phân hạch để phản ứng phân hạch duy trì được gọi là khôi lượng tô'i hạn.
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. Đầy là phản ứng phận hạch có điều khiển được thực hiện trong các lò phản ứng hạt phân.
CAU HỎI TRONG BÀI HỌC
33 Quá trình phóng xạ a có phải là phân hạch hay không?
ES Tại sao không dùngprôtôn thay cho nơtron?
Hướng dẫn giải
31 Quá trình phóng xạ a không phải là sự phân hạch vì 2 mảnh vỡ có khôi lượng khác nhau nhiều.
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. CÂU HỎI SAU BÀI HỌC
So sánh quá trình phóng xạ a và quá trình phân hạch.
W..	,	. .
Căn cứ vào độ lớn của chứng tò răng, quá trình phân hạch thường chỉ xảy ra dối với các
A
hạt nhân có số nuclôn lớn hơn hay bàng 200.
Hướng dẫn trả lời
So sánh quá trình phân rã và quá trình phân hạch:
Quá trình phóng xạ a 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 sô' 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 khôi 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 a không thể tạo ra phản ứng dây chuyền.
Giả sử xét phản ứng phân hạch:
Jn+2gui>13|l+gsr + 2^n
Ta nhận thây các hạt sinh ra có sô' khôi xấp xỉ trong khoảng 50 đến 100 w,	W,,
thì năng lượng liên kết riêng —sẽ lớn hơn —— của các hạt trước phản A	A
ứng (có sô' khổì A lớn hơn 200).
D. BÀI TẬP
Chọn càu đúng.
Phần lớn năng lượng giải phóng trong phân hạch là
dộng năng các natron phát ra.
dộng năng các mảnh.
c. năng lượng tỏa ra do phóng xạ của các mảnh.
D. năng lượng các phôtôn của tia Ỵ.
4.
Hoàn chỉnh các phản ứng:
ón + ™U —
—> 9SZn + ™Te + x(Ị,n)
5.
Xét phản ứng phân hạch:
™I+%Y + 3('on) + r
Tinh năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân 235u.
Cho biết: 235u = 234,99332u;	139I = 138,89700u;	94 r = 93,89014u
Tính năng lượng tòa ra khi phân hạch 1 kg 235u. Cho rằng mồi phân hạch toả ra năng lượng 200 MeV.
Hướng dẫn 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 bô' như sau:
Động năng của các mảnh: 168 MeV	-
Tia Ỵ: 11 MeV
Các nơtron + p + Nơtrino: 21 MeV
Á r\\ 1 ■»-» I 235T T . 94 V , 140T , V í 1
a) on+ 92^-* 39 4 + zl + x^onj
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclon 0 + 92 = 39 + z => z = 53 1 + 235 = 94 + 140 + IX => X = 2
=> in+238U^94Y+149I + 24n
b) Jn+2||U-^98Zn+138Te + x(^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 ^^n+238U-> 950Zn+138Te + 3(4n)
Phản ứng phân hạch:
4n+f2U^ill+ 9349Y + 3(ẳn) + y
Ta có khôi lượng của các hạt nhân trên là:
mn = l,00866u, mu = 234,99332u, nil = 138,89700u, mY = 93,89014u
Tổng khối lượng các hạt trước tương tác là:
Mo = mn+mu
'Tổng khôi lượng các hạt nhân sau tương tác là:
M = mi + mY + 3mn
Năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân 235Ulà: w = (Mo- M).c2 = [mn + mƯ- (m, + mY + 3mn)].c2
= (234,99332u + 1,00866 u - 138,89700u - 93,89014u - 3.1,00866 u).c2 = 0,18886u.c2 = 0,18886.931,5 = 175,923 MeV
Sô' nguyên tử 235 u có trong 1 kg 235 Ư là
N = ^.Na =ị?ị.6,023.1023 = 2,56298.1024 nguyên tử A A 235
Năng lượng tỏa ra khi phân hạch N nguyên tử là:
w = N.200 = 2,56298.1024.200 = 5,126.1026 MeV = 8,2.10’13 (J)