Giải bài tập Vật lý 12 Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch
§39. PHẢN ÚHG NHIỆT HẠCH KIẾN THỨC Cơ BẢN Phản ứng nhiệt hạch: Là phản ứng trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn. Điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra: Nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ. Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn. Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn. Năng lượng nhiệt hạch: Phản ứng nhiệt hạch tỏa ra năng lượng rất lớn. Năng lượng nhiệt hạch là nguồn gốc năng lượng của hầu hết các sao. Ưu việt của năng lượng nhiệt hạch: Nguồn nguyên liệu dồi dào. Phản ứng nhiệt hạch không gây ô nhiễm môi trường CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Hãy tìm ra kết quả này dựa vào các số liệu cho trong bảng ở cuối sách. Hướng dẫn trả lời 2H+3H=4He+in Khôi lượng của các hạt nhân là: mD = 2,01345 u ; niT = 3,0155 u ma = 4,0015 u ; mn = 1,00866 u Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp 1 hạt nhân a là: w = (mD + mT - ma - mn).c2 = (2,01345 u + 3,0155 u - 4,0015 u - 1,00866 u).c2' = 0,01879.c2 = 0,01879. l,66055.10’27.9.1016 = 0,2808.10’11 J = 0’-280-8-^—e.v = 0,1755.10®ev = 17,55(MeV) 1,6.10“19 c. CÂU HỎI SAU BÀI HỌC Hãy nêu lên các diều kiện để phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra. So sánh (định tinh) phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạcli về các đặc điểm: nhiên liệu phản ứng; diều kiện thực hiện; năng lượng toa ra ứng với cùng một khối lượng nhiên liệu; ô nhiễm môi trường. Hưóng dẫn trả lời Điều kiện để phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra là: • - Nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn So sánh (định tính) phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch Với phản ứng nhiệt hạch ta thây: Nhiên liệu cho phản ứng dồi dào, Đêtêri có sẵn trong thiên nhiên, tức dễ dàng điều chế. Điều kiện thực hiện khó khăn hơn: nhiệt độ rất cao. Năng lượng tỏa ra với cùng một khô'i lượng nhiên liệu thì lớn hơn: năng lượng tỏa ra khi tổng hợp lg hêli gấp 10 lần năng lượng tỏa ra khi phân hạch lg Urani. 0 nhiễm môi trường tái sản phẩm cuỗì cùng của phản ứng nhiệt hạch không có tính phóng xạ nên không gây ô nhiễm môi trường. D. BÀI TẬP Trên một sô sao người ta tim thấy các hạt nhân cacbon có vai trò xuất phát điểm của một chuồi phản ứng ti ổng hạp (được gọi là chu trình CNO). Hãy hoàn chỉnh các phản ứng đó. 1. ?c + ?— 13 N 2. 13 N > ị3C + ? 3. ị3C+? — -> ?N 4. '7<n + ? 5. ‘7sN + ? 6, ịsN+ \H *ỉ*c+? 4. Xét phản ứng: 2H + 2 H > (He + 'rt Xác định năng litọng tỏa ra bới phản ứng dó (tính ra MeV và ra J). Tính khối lượng đateri cần thiết dể có thề thu được nâng lượng nhiệt hạch tưang đương với năng lượng tỏa ra khi đốt 1 kg than. Cho biết: 2H = 2,0135u ; (He = 3,0149u ; ‘on = 1,0087u Năng lượng tòa ra khi dốt 1 kg than là 30000kJ. Hưóng dẫn giải Các phản ứng tổng hợp: 12c + ỈH -> 13N 13N -> 13c + +°e x|c+ ỈH -> “N+ ỈH -> ^N+JJe 13N + JH^ 12C+*He Xét phản ứng: 2H+2H—> 3He+Jn Năng lượng tỏa ra: w = (mH + mH - mHe - mn).c2 = (2,0135u + 2,0135u - 3,0149u - l,0087u).c2 = 3,4.10~3.u.c2 = 3,4.10-3. 931,5 MeV = 3,1671 MeV = 3,1671.1,6.10’13 = 5,06736.10"13 J = 5,07.10’13 (J) Mỗi phản ứng cần 2 hạt 2H và cho ra 1 hạt 3He Đốt 1 kg than cho 3.107 J. tương đương với năng lượng tỏa ra bởi N hạt 3He Qin7 N = — -o = 5,917.10+19(hạt) ■ 5,07.10"13 Mỗi phản ứng cần 2 hạt 2H Khôi lượng Đơtêri tổng cộng phải cần đến là: m = (2^)A = 2-5»917-1019-2 = 3)93 10-4g = 3,93.10’7(kgđơtêri) Na 6,02.1023