Vật Lí 12 Bài 38: Phản ứng phân hạch – Giải bài tập SGK Vật Lí 12 Bài 38

Vật Lí 12 Bài 38: Phản ứng phân hạch được THPT Lê Hồng Phong soạn kỳ vọng sẽ tà tà tài liệu hữu ích giúp những em nắm vững tri thức bài học và đạt kết quả tốt trong những bài thi, bài rà soát trên lớp.

Tóm tắt lý thuyết Vật Lí 12 Bài 38: Phản ứng phân hạch – Phản ứng nhiệt hạch

Giải bài tập SGK Vật Lí 12 Bài 38

C1 trang 195 SGK

C1 trang 195 SGK: Quá trình phóng xạ α mang phải là phân hạch hay ko?

Trả lời:

Quá trình phóng xạ α ko phải là sự phân hạch vì hai mảnh vỡ mang khối lượng khác nhau nhiều.

C2 trang 195 SGK

C2 trang 195 SGK: Vì sao ko tiêu dùng proton thay cho nơtron?

Trả lời:

Ta tiêu dùng nơtron bắn vào hạt nhân X để hạt nhân X chuyển sang một trạng thái kích thích X*. Ta ko dung proton thay cho nơtron vì proton mang điện tích dương sẽ chịu tác dụng của lực đẩy do những hạt nhân tác dụng.

Bài 1 (trang 198 SGK Vật Lý 12)

Bài 1 (trang 198 SGK Vật Lý 12): So sánh quá trình phóng xạ α và quá trình phân hạch.

Lời giải:

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

+ Giống nhau: quá trình phân rã α và quá trình phân hạch đều tỏa năng lượng

+ Khác nhau:

– Quá trình phóng xạ α là quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân ko vững bền còn quá trình phân hạch tự phát xảy ra với xác suất rất nhỏ, rất nhiều là những phản ứng phân hạch kích thích.

– Những phản ứng phân hạch khác với phóng xạ những hạt tạo ra từ phản ứng phân hạch mang cùng một cỡ khối lượng

– Phân rã α phóng ra hạt α, còn trong quá trình phân hạch hạt phóng ra là nơtron

– Năng lượng tạo ra từ phản ứng phân hạch rất to so với năng lượng phóng xạ.

– Phản ứng phân hoạch mang thể tạo ra phản ứng dây chuyền còn sự phóng xạ α ko thể tạo ra phản ứng dây chuyền.

Bài 2 (trang 198 SGK Vật Lý 12)

Bài 2 (trang 198 SGK Vật Lý 12): Căn cứ vào độ to của W_lk/A chứng tỏ rằng, quá trình phân hạch thường chỉ xảy ra đối với những hạt nhân mang số nuclon to hơn hay bằng 200.

Lời giải:

Vì trong quá trình phân hạch, hạt nhân bị phân hạch sẽ vỡ ra và tạo thành hai hạt nhân mang số khối trung bình đồng thời tỏa năng lượng, nên năng lượng liên kết riêng sau (mang số khối vào cỡ 100) sẽ to hơn năng lượng liên kết riêng trước. Do vậy muốn xảy ra loại phản ứng này thì hạt nhân tham gia phản ứng phải mang số nuclon to hơn hoặc bằng 200.

Ta nhận thấy những hạt sinh ra mang số khối xấp xỉ từ 50 tới 100 thì năng lượng liên kết riêng  sẽ to hơn  của những hạt trước phản ứng ( mang số khối A to hơn 200).

Bài 3 (trang 198 SGK Vật Lý 12)

Bài 3 (trang 198 SGK Vật Lý 12): Chọn đáp án đúng. Phần năng lượng phóng thích trong phân hạch là

A. động năng của những nơtron phát ra.

B. động năng những mảnh.

C. năng lượng tỏa ra do phóng xạ của những mảnh.

D. năng lượng những photon của tia γ

Lời giải:

Chọn đáp án B.

Phần to năng lượng phóng thích trong phân hạch là động năng của những mảnh.

Ví dụ: Mỗi phân hạch Urani phóng thích năng lượng 200MeV, lượng năng lượng này được phân bố như sau:

Động năng của những mảnh: 168MeV

Tia γ: 11 MeV

Những nơtron + β + Nitrino: 21MeV

Bài 4 (trang 198 SGK Vật Lý 12)

Bài 4 (trang 198 SGK Vật Lý 12): Hoàn chỉnh những phản ứng:

Lời giải:

∗ Xét phản ứng: 

Ứng dụng định luật bảo toàn điện tích: 0 + 92 = 39 + Z → Z = 53

Ứng dụng định luật bảo toàn số nuclon: 1 + 235 = 94 + 140 + 1X → X = 2

∗ Xét phản ứng: 

Ứng dụng định luật bảo toàn điện tích: 0 + 92 = Z + 52 → Z = 40

Ứng dụng định luật bảo toàn số nuclon: 1 + 235 = 95 + 138 + x ⇒ x = 3

Bài 5 (trang 198 SGK Vật Lý 12)

Bài 5 (trang 198 SGK Vật Lý 12): Xét phản ứng phân hạch:

Tính năng lượng tỏa ra lúc phân hạch một hạt nhân ²³⁵U

Cho biết: ²³⁵U = 234,99332u; ¹³⁹I = 138,89700u; ⁹⁴γ = 93,89014u

Lời giải:

Phản ứng phân hạch: 

Ta mang khối lượng của những hạt nhân trên là:

m_n = 1,00866u; m_U = 234,99332u; m_I = 138,89700u; m_γ = 93,89014u

Tổng khối lượng những hạt trước tương tác là: M₀ = m_n + m_U

Tổng khối lượng những hạt nhân sau tương tác là: M = m_I + m_Y + 3m_n

Năng lượng tỏa ra lúc phân hạch một hạt nhân ²³⁵U là:

W = (M₀ – M)c² = [m_n + m_U – (m_I + m_Y + 3m_n)].c²

= (234,99332u + 1,00866u – 138,89700u – 93,89014u – 3. 1,00866u).c²

= 0,18886u.c² = 0,18886. 931,5 = 175,923 MeV

Bài 6 (trang 198 SGK Vật Lý 12)

Bài 6 (trang 198 SGK Vật Lý 12): Tính năng lượng tỏa ra lúc phân hạch Một kg ²³⁵U. Cho rằng mỗi phân hạch tỏa ra năng lượng 200MeV.

Lời giải:

Số nguyên tử ²³⁵U mang trong Một kg ²³⁵U là:

Vì năng lượng tỏa ra lúc phân hạch một hạt nhân là 200MeV nên năng lượng tỏa ra lúc phân hạch N nguyên tử là:

W = N.200 = 2,5617.10²⁴.200 = 5,1234.10²⁶ MeV = 8,197.10¹³ (J)

Nghi vấn Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 38: Phản ứng phân hạch mang đáp án

Bài 1: Hệ số nơtron:

A. tỉ lệ với công suất tỏa nhiệt của lò phản ứng hạt nhân

B. trong bom nguyên tử và trong lò phản ứng hạt nhân lúc hoạt động đều to hơn 1

C. trong bom nguyên tử và trong lò phản ứng hạt nhân lúc hoạt động mang trị giá nhỏ hơn 1

D. to hơn Một trong bom nguyên tử và bằng Một trong lò phản ứng hạt nhân.

Lời giải:

– Điều kiện xảy ra phản ứng dây chuyền:

– Số hạt nhân nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (hệ số nhân nơtron)

+ Nếu k < Một thì phản ứng dây chuyền ko xảy ra.

+ Nếu k = Một thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron ko đổi. Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển được xảy ra trong những lò phản ứng hạt nhân.

+ Ngoài ra khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải mang một trị giá tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn m_th.

Chọn đáp án D

Bài 2: Trong phản ứng phân hạch urani  , năng lượng trung bình tỏa ra lúc một hạt nhân bị phân hạch là 200 MeV. Lúc Một kg  phân hạch hoàn toàn thì tỏa ra năng lượng là:

A. 8,21.10¹³ J

B. 4,11.10¹³ J

C. 5,25.10¹³ J

D. 6,23.10²¹ J

Lời giải:

– Lúc Một kg ²³⁵U phân hạch hoàn toàn thì tỏa ra năng lượng là:

Chọn đáp án A

Bài 3: Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani  , năng lượng trung bình tỏa ra trong mỗi phân hạch là E = 200 MeV. Biết số Avôgađrô N_A = 6,022.10²³ mol^-1. Một nhà máy điện nguyên tử mang công suất 5000 MW, hiệu suất 25%, lượng nhiên liệu urani nhà máy tiêu thụ hàng năm là:

A. 3640 kg

B. 3860 kg

C. 7694 kg

D. 2675 kg

Lời giải:

– Năng lượng do m kg nhiên liệu urani tỏa ra lúc phân hạch là:

Chọn đáp án C

Bài 4: Một phản ứng phân hạch:

– Biết năng lượng liên kết riêng của  tuần tự là 7,7 MeV ; 8,7 MeV ; 8,45 MeV. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng là

A. 132,6 MeV

B. 182,6 MeV

C. 168,Hai MeV

D. 86,6 MeV

Lời giải:

Năng lượng tỏa ra bằng hiệu số năng lượng liên kết của những hạt trước và sau phản ứng:

E = 93.8,7 + 140.8,45 – 235.7,7 = 182,6 MeV.

Chọn đáp án B

Bài 5: Một phản ứng phân hạch:

– Biết những khối lượng:

– Năng lượng tỏa ra lúc phân hạch một hạt nhân  là:

A. 168,752 MeV

B. 175,923 MeV

C. 182,157 MeV

D. 195,496 MeV

Lời giải:

– Năng lượng tỏa ra lúc phân hạch một hạt nhân ²³⁵U là:

E = m_n + m_U – (m_I + m_Y + 3.m_n) = 175,923 MeV

Chọn đáp án B

Bài 6: Chọn câu Đúng. Sự phân hạch là sự vỡ một hạt nhân nặng:

A. thường xảy ra một cách tự phát thành nhiều hạt nhân nặng hơn.

B. Thành hai hạt nhân nhẹ hơn lúc hấp thụ một nơtron.

C. thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron, sau lúc hấp thụ một nơtron chậm.

D. Thành hai hạt nhân nhẹ hơn, thường xảy ra một cách tự phát.

Lời giải:

– Phản ứng phân hạch là hiện tượng một hạt nhân nặng sau lúc hấp thụ một nơtron chậm sẽ vỡ thành hai hai hạt nhân trung bình cùng với vài nơtron.

Chọn đáp án C

Bài 7: Năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch chủ yếu ở dạng:

A. quang quẻ năng

B. năng lượng nghỉ

C. động năng

D. hóa năng

Lời giải:

– Năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch chủ yếu ở dạng động năng của những hạt nhân con.

Chọn đáp án C

Bài 8: ứng phân hạch  ko mang đặc điểm

A. số nơtron tạo ra sau phản ứng nhiều hơn nơtron bị hấp thụ

B. phản ứng tỏa năng lượng

C. mang thể xảy ra theo kiểu phản ứng dây truyền

D. mang Hai tới 3 proton sinh ra sau mỗi phản ứng

Lời giải:

– Phản ứng phân hạch  ko mang đặc điểm mang Hai tới 3 proton sinh ra sau mỗi phản ứng.

– Phản ứng phân hạch là phản ứng mà trong đó một hạt nhân rất nặng thu nhận một nơtron chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ Hai tới 3 nơtron và tỏa ra năng lượng to.

Chọn đáp án D

Bài 9: Tìm phát biểu sai. Phản ứng phân hạch  mang đặc điểm:

A. số nơtron tạo ra sau phản ứng nhiều hơn nơtron bị hấp thụ

B. phản ứng tỏa năng lượng

C. xảy ra theo phản ứng dây chuyền nếu mang một lượng  đủ to

D. quá trình phân hạch là do proton bắn phá hạt nhân urani

Lời giải:

– Phản ứng phân hạch là phản ứng mà trong đó một hạt nhân rất nặng thu nhận một nơtron chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ Hai tới 3 nơtron và tỏa ra năng lượng to.

Chọn đáp án D

Bài 10: Vật liệu mang thể đóng vào trò “chất làm chậm” tốt nhất đối với nơtron là:

A. kim loại nặng

B. than chì

C. khí kém

D. bê tông

Lời giải:

– Vật liệu mang thể đóng vào trò “chất làm chậm” tốt nhất đối với nơtron là than chì.

Chọn đáp án B

Bài 11: Lúc  bị bắn phá bởi những nơtron chậm, nó hấp thụ một hạt nơtron rồi sau đó phát ra hai hạt β. Kết quả là tạp thành hạt nhân:

Lời giải:

– Ứng dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn nguyên tử số, ta mang :

Chọn đáp án C

Bài 12: Phản ứng nào sau đây là phản ứng phân hạch?

Lời giải:

– Phản ứng phân hạch là phản ứng mà trong đó một hạt nhân rất nặng thu nhận một nơtron chậm rồi vỡ ra thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra từ Hai tới 3 nơtron và tỏa ra năng lượng to.

– Ví dụ:

Chọn đáp án D

Bài 13: Phát biểu nào sau đây là sai?

A. Hệ số nhân nơtrôn s là số nơtrôn trung bình còn lại sau mỗi phân hạch, gây được phân hạch tiếp theo.

C. Hệ số nhân nguồn s = Một thì hệ thống tới hạn, phản ứng dây chuyền kiểm soát được, đó là trường hợp xảy ra trong những nhà máy điện nguyên tử.

D. Hệ số nhân nguồn s < Một thì hệ thống dưới hạn, phản ứng dây chuyền xảy ra chậm, ít được sử dụng.

Lời giải:

– Hệ số nhân nguồn s < Một thì hệ thống dưới hạn, phản ứng dây chuyền ko xảy ra.

Chọn đáp án D

Bài 14: Phản ứng phân hạch U235 tiêu dùng trong lò phản ứng hạt nhân và cả trong bom nguyên tử. Tìm sự khác biệt cơ bản giữa lò phản ứng và bom nguyên tử.

A. Số nơtron được phóng thích trong mỗi phản ứng phân hạch ở bom nguyên tử nhiều hơn ở lò phản ứng.

B. Năng lượng trung bình được mỗi nguyên tử urani phóng thích ra ở bom nguyên tử nhiều hơn hơn ở lò phản ứng

C. Trong lò phản ứng số nơtron mang thể gây ra phản ứng phân hạch tiếp theo được khống chế.

D. Trong lò phản ứng số nơtron cần để gây phản ứng phân hạch tiếp theo thì nhỏ hơn ở bom nguyên tử.

Lời giải:

Chọn đáp án C

Bài 15: Tìm phát biểu đúng.

A. Phản ứng phân hạch dây chuyền chỉ xảy ra nếu tổng khối lượng của khối chất tham gia phản ứng nhỏ hơn hoặc bằng một trị giá tới hạn nào đó (m ≤ m₀).

C. Phản ứng phân hạch dây chuyền luôn xảy ra, ko phụ thuộc vào khối lượng của khối chất tham gia phản ứng.

D. Khối lượng tới hạn của những yếu tố hóa học khác nhau là như nhau.

Lời giải:

– Để tránh số notron bị mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo mang k ≥ 1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải mang một trị giá tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn m₀.

Chọn đáp án B

Bài 16: Những thanh Cađimi trong lò phản ứng hạt nhân mang tác dụng:

A. Hấp thụ những nơtron tạo ra từ sự phân hạch

B. Như chất xúc tác để phản ứng xảy ra

C. Làm cho sự phân hạch nhanh hơn

D. Tạo ra những nơtron duy trì phản ứng phân hạch

Lời giải:

– Để đảm bảo cho hệ số nhân nơtron bằng 1, trong lò phản ứng người ta tiêu dùng những thanh điều khiển mang chứa bo hay cađimi, là những chất mang tác dụng hấp thụ nơtron.

Chọn đáp án A

Bài 17: Nơtron nhiệt là:

A. nơtron ở trong môi trường mang nhiệt độ cao.

B. nơtron mang năng lượng cỡ 0,01eV.

C. nơtron chuyển động với véc tơ vận tốc tức thời rất to và tỏa nhiệt.

D. nơtron mang động năng rất to.

Lời giải:

– Nơtron nhiệt là nơ tron đã được giảm tốc, mang năng lượng rất nhỏ, cỡ 0,01eV.

Chọn đáp án B

Bài 18: Đặc điểm nào sau đây là một trong những đặc điểm khác nhau giữa sự phân hạch và sự phóng xạ:

A. Sự phân hạch là phản ứng hạt nhân mang điều khiển còn sự phóng xạ mang tính tự phát và ko điều khiển được.

B. Sự phân hạch là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng còn sự phòng xạ là phản ứng hạt nhân thu năng lượng.

C. Sản phẩm của phản ứng hạt nhân mang tính ngẫu nhiên còn sản phẩm của sự phóng xạ đã biết trước.

D. Trong quá trình phân hạch động lượng được bảo toàn còn trong quá trình phóng xạ thì động lượng thay đổi.

Lời giải:

– A. Sai vì mang những phản ứng phân hạch ko điều khiển được. Ví dụ như bom nguyên tử.

– B. Sai vì sự phóng xạ cũng mang thể là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.

– C. Đúng vì sản phẩm của phản ứng hạt nhân mang tính ngẫu nhiên còn sản phẩm của sự phóng xạ đã biết trước.

– D. Sai vì đều là phản ứng hạt nhân nên động lượng luôn được bảo toàn.

Chọn đáp án C

Bài 19: Biết U235 mang thể bị phân hạch theo phản ứng sau:

– Khối lượng của những hạt tham gia phản ứng:

m_U = 234,99332u; m_n = 1,0087u; m_I = 138,8970u; m_Y = 93,89014u; 1uc² = 931,5MeV.

– Nếu mang một lượng hạt nhân U235 đủ nhiều, giả sử ban sơ ta kích thích cho 10¹⁰ hạt U235 phân hạch theo phương trình trên và sau đó phản ứng dây chuyền xảy ra trong khối hạt nhân đó với hệ số nhân nơtrôn là k = 2. Coi phản ứng ko phóng xạ gamma. Năng lượng toả ra sau 5 phân hạch dây chuyền trước hết (kể cả phân hạch kích thích ban sơ):

A. 175,85 MeV

B. 11,08.10¹² MeV

C. 5,45.10¹³ MeV

D. 8,79.10¹² MeV

Lời giải:

– Năng lượng tỏa ra sau mỗi phân hạch:

– Lúc Một phân hạch kích thích ban sơ sau 5 phân hạch dây chuyền số phân hạch xảy ra là:

1 + k¹ + k² + k³ + k⁴ = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 31

– Do đó số phân hạch sau 5 phân hạch dây chuyền từ 10¹⁰ phân hạch ban sơ N = 31.10¹⁰.

– Năng lượng tỏa ra:

Chọn đáp án C

Bài 20: Trong phản ứng dây chuyền của hạt nhân U235, phản ứng thứ nhất mang 100 hạt nhân U235 bị phân rã và hệ số nhân notron là k = 1,6. Tính tổng số hạt nhân bị phân rã tới phản ứng thứ 101.

A. 5,45.10²³.

B. 3,24.10²².

C. 6,88.10²².

D. 6,22.10²³.

Lời giải:

– Phản ứng thứ nhất mang 100 hạt nhân U235 bị phân rã, phản ứng thứ hai mang 100×1,6 =160 hạt nhân U235; phản ứng thứ ba mang 100 x (1,6)² hạt nhân U235;….. phản ứng thứ 100 mang 100x (1,6)⁹⁹

– Tổng số hạt nhân bị phân rã tới phản ứng thứ 101:

Chọn đáp án C

Bài 21: Phần to năng lượng phóng thích trong phân hạch là:

A. động năng những nơtron phát ra.

B. động năng những mảnh.

C. năng lượng tỏa ra do phóng xạ của những mảnh

D. năng lượng những phôtôn của tia γ.

Lời giải:

– Sự phân hạch của những yếu tố nặng là một phản ứng toả nhiệt và mang thể phóng thích một lượng năng lượng đáng kể dưới dạng tia gama và động năng của những hạt được phóng thích (đốt nóng vật chất tại nơi xảy ra phản ứng phân hạch).

Chọn đáp án B

Bài 22: Điểm giống nhau giữa sự phóng xạ và phản ứng phân hạch là:

A. Đều là phản ứng toả năng lượng.

B. Sở hữu thể thay đổi do những yếu tố bên ngoài.

C. Những hạt nhân sinh ra mang thể biết trước.

D. Cả ba điểm nêu trong A, B, C.

Lời giải:

– Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử của một số yếu tố (kém vững bền) tự phóng ra những bức xạ rồi biến đổi thành hạt nhân nguyên tử của những yếu tố khác (vững bền hơn). Những kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình phóng xạ chỉ do những nguyên nhân bên trong gây ra và hoàn toàn ko chịu tác dộng của những yếu tố ben ngoài như nhiệt độ, áp suất..

Chọn đáp án A

Bài 23: Chọn câu sai. Những điều kiện cần phải mang để tạo nên phản ứng hạt nhân dây chuyền là gì?

A. Phải mang nguồn tạo ra nơtron.

B. Sau mỗi phân hạch, số nơtron phóng thích phải to hơn hoặc bằng 1.

C. Nhiệt độ phải đưa lên cao.

D. Lượng nhiên liệu (urani, plutôni) phải đủ to.

Lời giải:

– Phản ứng hạt nhân dây chuyền xảy ra ko cần phải đưa lên nhiệt độ lên cao.

Chọn đáp án C

******************

Trên đây là nội dung bài học Vật Lí 12 Bài 38: Phản ứng phân hạch do THPT Lê Hồng Phong soạn bao gồm phần lý thuyết, giải bài tập và những thắc mắc trắc nghiệm mang đáp án đầy đủ. Kỳ vọng những em sẽ nắm vững tri thức về Phản ứng phân hạch. Chúc những em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong những bài thi bài rà soát trên lớp.

Soạn bởi: Trường THPT Lê Hồng Phong

Chuyên mục: Vật Lý 12