Bài 56. Phản ứng phân hạch

Nhiều nhà máy điện nguyên tử được xây dựng ở các nước công nghiệp cung cấp một lượng điện năng đáng kể: 3/4 tổng điện năng sản xuất hàng năm ở Pháp Trên 1/3 ở Thụy Điển, Trên 30% ở Nhật.

Câu 1: Viết công thức độ hụt khối, năng

lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng?

Câu 2: Tính năng lượng liên kết riêng

của các hạt nhân? 12H 13H 4He

2

u m

u m

p

n

007276

1

008665

1

=

= Cho: 1u=931(MeV/c2)

u m

u m

u m

T D

001635

4

01546

3

01356

2

=

=

= α

( )

[Zm A Z m m]

m = p + − n −

∆

2

lk

W = ∆m c

Câu 3: Tính năng lượng liên kết riêng

của các hạt nhân?

U

235

92 3894Sr 14054 Xe

Cho: 1u=931(MeV/c2)

u Xe

m

u Sr

m

u U

m

89214664

139

8948896

93

993672

234

140 54

94 38

235 92

=

=

=

u m

u m

p

n

007276

1

008665

1

=

=

Câu 1:

Độ hụt khối:

Năng lượng liên kết:

Năng lượng liên kết riêng:

A

W lk

Câu 2: Năng lượng liên kết riêng của

H

2

1

H

3

1

He

4

2

: 1.11 MeV/nuclôn : 2.83 MeV/nuclôn : 7.04 MeV/nuclôn

Câu 3: Năng lượng liên kết riêng của

U

235

92

Sr

94

38

Xe

140

54

: 7.59 MeV/nuclôn : 8.59 MeV/nuclôn : 8.29 MeV/nuclôn

Nhiều nhà máy điện nguyên tử được xây dựng ở các nước công nghiệp cung cấp một lượng điện năng đáng kể:

3/4 tổng điện năng sản xuất hàng năm ở Pháp

Trên 1/3 ở Thụy Điển, Trên 30% ở Nhật

Trên 12% ở Mỹ

Các nhà máy điện nguyển tử hoạt động dựa vào năng lượng hạt nhân Vậy năng lượng hạt nhân là gì?

3.Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

Xét phản ứng hạt nhân:

A + B  C + D (Giả sử A, B đứng yên)

Tổng khối lượng nghỉ của các hạt nhân A và B có bằng tổng khối lượng nghỉ của các hạt nhân C và D không?

Nhận xét: mA + mB ≠ mC + mD

Đặt m0 = mA + mB, m = mC + mD

m0 ≠ m

a) m < m0

mc2 <m0c2

E < E0

Vậy có mấy trường hợp xảy ra với

m và m0? Chuyển bất đẳng thức của khối lượng nghỉ về bất đẳng thức của năng lượng nghỉ?

Nhận xét gì về bất đẳng thức này?

trước phản ứng lớn hơn năng lượng

sau phản ứng, vậy có một phần năng

lượng toả ra từ phản ứng (theo định luật

bảo toàn năng lượng)

Năng lượng toả ra thường gọi là năng

Năng lượng toả ra dưới dạng động

năng của hạt C và D

Vậy năng lượng toả ra tính như thế nào?

Theo định luật bảo toàn năng lượng.Ta có W0 + E0 = E + W

Mà W0 = 0 ( A, B đứng yên ) Vậy W = E0 – E =(m0 – m)c2

3.Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

a) m < m0

trước phản ứng lớn hơn năng lượng

sau phản ứng, vậy có một phần năng

lượng toả ra từ phản ứng Năng lượng

toả ra thường gọi là năng lượng hạt

nhân bằng: W =(m0 – m)c2

Gọi ∆m0 là độ hụt khối của các hạt ban đầu, ∆m là độ hụt khối của các hạt sinh ra

m < m0 khi ∆m > ∆m0 hay ∆m < ∆m0 vì sao?

Gọi M là tổng khối lượng của các

nuclôn chưa liên kết thành hạt nhân

nguyên tử

( ) ( 0) 0

m − = − − − = ∆ − ∆

Xét

Vì m0 – m >0  ∆m > ∆m0

Trường hợp m < m0 xảy ra, khi các hạt

sinh ra có độ hụt khối lớn hơn (tức là

có năng lượng liên kết riêng lớn hơn)

các hạt ban đầu, nghĩa là các hạt sinh

ra bền vững hơn các hạt ban đầu

Từ bất đẳng ∆m > ∆m0 ta rút

ra nhận xét gì?

3.Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

a) m < m0

phản ứng lớn hơn năng lượng sau phản ứng, vậy

có một phần năng lượng toả ra từ phản ứng Năng

lượng toả ra thường gọi là năng lượng hạt nhân

bằng: W =(m0 – m)c2

b) m > m0

Tương tự như trường hợp

m < m0 Các em hãy chứng minh phản ứng thu năng lượng và tìm biểu thức năng lượng W cần cung cấp cho phản ứng?

mc2 >m0c2 E > E0

phản ứng nhỏ hơn năng lượng sau phản ứng,

(theo định luật bảo toàn năng lượng)

Muốn phản ứng xảy ra phải cung cấp cho các

hạt A, B một năng lượng W dưới dạng động

năng

Năng lượng cần cung cấp là:

W =(m – m0 )c2 + Wđ

Wđ: tổng động năng của các hạt sinh ra Phản ứng này cần thu năng

lượng tối thiểu là bao nhiêu?

Wmin =(m – m0 )c2 khi Wđ = 0

Theo định luật bảo toàn năng lượng

Ta có W + E0 = E + Wđ

W = E – E0 + Wđ

W =(m – m0 )c2 + Wđ

3.Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

a) m < m0

toả ra thường gọi là năng lượng hạt nhân bằng:

b) m > m0

ứng xảy ra phải cung cấp cho các hạt A, B một

năng lượng W dưới dạng động năng

Phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng được ứng dụng trong nhiều thực tế Chúng ta nghiên cứu hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng

4.Hai loại phản ứng hạt nhân toả năng lượng

a) Phản ứng nhiệt hạch:

Là phản ứng hạt nhân trong đó hai hạt nhân loại

rất nhẹ(số khối A < 10) hợp lại thành hạt nhân

nặng hơn.Điều kiện phản ứng là nhiệt độ cao

Thế nào là phản ứng nhiệt hạch?

2

1

He

4 2

n He

H

H 13 24 01

2

1 + → +

Nhận xét gì về năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân trước và sau phản ứng?

H

2

1 13H

He

4 2

Hạt nhân ; có năng lượng liên kết riêng

nhân có năng lượng liên kết riêng lớn hơn , bằng 7,04 MeV/nuclon

3.Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

a) m < m0

toả ra thường gọi là năng lượng hạt nhân bằng:

b) m > m0

ứng xảy ra phải cung cấp cho các hạt A, B một

năng lượng W dưới dạng động năng

4.Hai loại phản ứng hạt nhân toả năng lượng

a) Phản ứng nhiệt hạch:

b) Phản ứng phân hạch:

Là phản ứng hạt nhân trong đó một hạt nhân

nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn(có khối lượng

cùng cỡ)

Thế nào là phản ứng phân hạch?

n Xe

Sr U

n 23592 3894 14054 01

1

Nhận xét gì về năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân trước và sau phản ứng?

Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng tương ứng là 7,59

nhân có năng lượng liên kết riêng lớn

MeV/nuclon

U

235 92

Sr

94

38 14054 Xe

3 Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

a) m < m0 Phản ứng toả năng lượng

năng lượng toả ra thường gọi là năng lượng hạt nhân bằng:W =(m0 – m)c2

Năng lượng toả ra dưới dạng động năng của hạt C và D

b) m > m0 Phản ứng thu năng lượng

Năng lượng cần cung cấp là W =(m – m0 )c2 + Wđ

Wđ: tổng động năng của các hạt sinh ra

Wmin =(m – m0 )c2 khi Wđ = 0 4.Hai loại phản ứng hạt nhân toả năng lượng

Phản ứng nhiệt hạch: là phản ứng hạt nhân trong đó hai hạt nhân loại rất nhẹ(số khối A < 10) hợp lại thành hạt nhân nặng hơn.Điều kiện phản ứng là nhiệt độ cao

Phản ứng phân hạch: là phản ứng hạt nhân trong đó một hạt nhân nặng

vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn(có khối lượng cùng cỡ)

Nhóm 1: Hạt α đập vào hạt nhân Al

đang đứng yên gây ra phản ứng:

13Al → 15P + 0n

α+

Phản ứng tỏa hay thu bao nhiêu năng

lượng?

Cho khối lượng các hạt nhân :

m(α)=4,0015(u), m(Al) = 26,9745(u),

m(P) = 29,9701(u), m(n) = 1,0087(u)

1(u) = 931(MeV/c2)

Nhóm 2:Chỉ ra phản ứng phân hạch và

nhiêt hạch.Tính năng lượng toả ra khi

1kg 3 He được tạo ra theo phản ứng b

Nhóm 3: Trả lời câu hỏi C5 sách giáo khoa

Tính năng lượng toả ra khi 1kg urani U235 bị phân hạch theo phản ứng 54.7 sách giáo khoa

Nhóm 4: Hạt nhân U234 phóng xạ phát

ra hạt α Viết phương trình phóng xạ.Tính năng lượng tỏa ra trong phóng

xạ trên

Biết m(U234) = 233,9904u;

m(Th230)=229,9737u; m(He) = 4,0015u 1u= 931(MeV/c2)

Nhóm 1:

Nhóm 2:

Nhóm 3:

Nhóm 4:

Ta có: m0= mα+ mAl = 30.976u

m = mn +mP = 30.9788u

m > m0 phản ứng thu năng lượng

Năng lượng thu là:

=(30.9788-30.976)u x 931=2.61MeV

Phương trình phóng xạ:

Th He

90

4 2

234

Ta có: m0= mU= 233.9904u

m = mα +mTh = 233.9752u

m < m0 phản ứng toả năng lượng Năng lượng toả ra là:

=(233.9904-233.9752)u x 931

=14.1512MeV

Ta có:

26

23 2,0067.10 10

02 ,

6 3

1000

=

=

= N A

A

m

N

W = N x 3,2 = 6,42144.1026 MeV

Phản ứng phân hạch là phản ứng a

Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng b

Ta có:

W = N x 185 = 4,74.1026 MeV

23

23 25 , 617 10 10

02 , 6 235

1000

=

=

= N A A m N

Về nhà các em làm các bài tập 1,2,3,4 sách giáo khoa và đọc trước bài 55

Ottô Han (ng ười Đức-nobel hoá

gốc Do Thái) là những người đầu

tiên tìm ra sự phân hạch