Ta ệở biạt, phờn ụng hỰt nhẹn toờ nẽng lđĩng xờy ra khi cịc hỰt sinh ra bÒn vọng hển (tục lộ cã nẽng lđĩng liến kạt riếng lắn hển) so vắi cịc hỰt tđểng tịc ban ệẵu.
Kạt quờ tÝnh toịn nẽng lđĩng liến kạt riếng cựa cịc hỰt nhân có số nuclôn Akhác nhau đã cho thấy có thể xảy ra hai loỰi phờn ụng hỰt nhẹn toờ nẽng lđĩng nhđ sau.
−Hai hạt nhân rất nhẹ (có số khối A< 10), nhð hiđrô, heli... hợp lại thành hạt nhân nặng hơn. Vì sựtổng hợp hạt nhân chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao nên phản ứng này gọi là phản ứng nhiệt hạch.
Ví dụ phản ứng hạt nhân :
(54.6) toờ nẽng lđĩng khoờng 18 MeV. ẻệẹy, cịc hỰt nhẹn vộ cã nẽng lđĩng liến kạt riếng tđểng ụng bỪng 1,11 vộ 2,83 MeV/nuclền ; cưn hỰt nhẹn cã nẽng lđĩng liến kạt riếng lắn hển, bỪng 7,04 MeV/nuclôn.
4 2He
3 1H
2 1H
2 3 4 1
1H+1H→2He+ 0n
= ( − 0) 2 + ®
W m m c W
−Một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn (cã khèi lđĩng cỉng cì). Phờn ụng nộy gải lộ phờn ứng phân hạch. Chẳng hạn, hạt nhân urani, plutoni... hấp thụ nơtron và vỡ thành hai hạt nhân có số khối Avào loại trung bình.
Ví dụ phản ứng hạt nhân :
(54.7) toờ nẽng lđĩng khoờng 185 MeV. ẻệẹy hỰt nhẹn cã nẽng lđĩng liến kạt riếng bỪng 7,59 MeV/nuclền, cưn cịc hỰt nhẹn vộ cã nẽng lđĩng liến kạt riếng lắn hển, tđểng ụng bỪng 8,59 vộ 8,29 MeV/nuclền.
140 54 Xe
94 38Sr
235 92 U
+ → + +
1 235 94 140 1
0n 92 U 38Sr 54 Xe 20n TÝnh nẽng lđĩng toờ ra khi 1 kg
urani 235U bị phân hạch theo phản ứng (54.7).
C5
1. Thế nào là phản ứng hạt nhân ?
2. Nêu và giải thích các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.
3. ậiÒu kiỷn ệÓ mét phờn ụng toờ nẽng lđĩng lộ gừ ? TỰi sao sù phãng xỰ lộ phờn ụng toờ nẽng lđĩng ? Nếu vÝ dô vÒ hai phờn ụng hỰt nhẹn toờ nẽng lđĩng.
1.Trong mét phờn ụng hỰt nhẹn, tững khèi lđĩng cựa cịc hỰt tham gia
A. ệđĩc bờo toộn. B. tẽng. C. giờm. D. tẽng hoẳc giờm tuú theo phờn ụng.
2. Trong dởy phẹn rở phãng xỰ cã bao nhiếu hỰt αvộ βệđĩc phịt ra ? A. 3αvà 4β. B. 7α và 4β. C. 4α và 7β. D. 7α và 2β.
3.Xác định hạt X trong các phản ứng sau đây :
; 4.Cho phản ứng hạt nhân :
a) Xác định số khối, nguyên tử số và tên gọi hạt nhân X.
b) Phờn ụng ệã toờ ra hay thu nẽng lđĩng. TÝnh ệé lắn cựa nẽng lđĩng toờ ra hay thu ệã theo ệển vỡ jun.
Cho biÕt : mAr= 36,956889 u ; mCl= 36,956563 u ; mn= 1,008665 u ; mp= 1,007276 u.
+ → +
37 37
17Cl X 18Ar n
α
+ → +
25 22
12Mg X 11Na + → +
19 16
9 F p 8 O X
→
235 207
92 X 82 Y
bài tập c©u hái
Bài tập 1
Pôlôni là nguyên tố phóng xạ α, nó phóng ra một hạt αvà biến đổi thành hạt nhân con X. Chu kì bán rã của pôlôni là T= 138 ngày.
a) Viạt phđểng trừnh phờn ụng. Xịc ệỡnh cÊu tỰo, tến gải cựa hỰt nhẹn X.
b) Mét mÉu pềlềni nguyến chÊt cã khèi lđĩng ban ệẵu 0,01 g. TÝnh ệé phóng xạ của mẫu chất trên sau 3 chu kì bán rã. Cho biết số A-vô-ga-đrô
NA = 6,022.1023nguyên tử/mol.
c) TÝnh tử sè giọa khèi lđĩng pềlềni vộ khèi lđĩng chÊt X trong mÉu chÊt trến sau 4 chu kì bán rã.
Bài giải
a) KÝ hiỷu hỰt nhẹn con X lộ phđểng trừnh phờn ụng cã dỰng :
áp dụng định luật bảo toàn số khối : 210 = 4 + Avà định luật bảo toàn điện tích : 84 = 2 + Z, ta từm ệđĩc : A= 206 vộ Z = 82. VẺy hỰt nhẹn X lộ hỰt nhẹn ệăng vỡ chừ cã cÊu tỰo găm 82 prềtền và N= 206 −82 = 124 nơtron.
b) Số hạt nhân pôlôni ban đầu là :
với m0= 0,01 g ; A= 210 g. Sau thời gian t= 3Tsố hạt nhân pôlôni còn lại (chða bị phân rã phóng xạ) là :
Độ phóng xạ của mẫu pôlôni sau 3 chu kì bán rã là :
với T = 138 ngày = 138.24.3 600 s, ta có : H≈2,084.1011Bq
H N N N m
T AT
= = 0,693 = 0,693. A 0 λ 8
N N N N m
N = 0 = 0 = 0 = AA0
t 3
T 2 8 8
2
N N m
= A0
0 A
206 82 Pb,
210 4
84 Po →2He+ AZX
A ZX,
210 84 Po
B ài tập về phóng xạ và phản ứng hạt nhân
55 55
c) Số hạt nhân pôlôni còn lại sau t= 4Tlà :
Số hạt nhân pôlôni đã bị phân rã phóng xạ sau thời gian tđó :
Sè hỰt nhẹn ΔNnộy còng chÝnh bỪng sè hỰt nhẹn X ệđĩc tỰo ra trong thêi gian t= 4T. VẺy khèi lđĩng chÊt X ệđĩc tỰo ra lộ :
víi A' = 206.
Khèi lđĩng pềlềni cưn lỰi sau thêi gian t= 4Tlộ :
Tõ ệã, ta từm ệđĩc tử sè :
Bài tập 2
Hạt nhân là một chất phóng xạ, nó phóng ra tia β− có chu kì bán rã là 5 730 n¨m.
a) Viạt phđểng trừnh cựa phờn ụng phẹn rở.
b) Sau bao lẹu lđĩng chÊt phãng xỰ cựa mét mÉu chử cưn bỪng lđĩng chÊt phóng xạ ban đầu của mẫu đó ?
c) Trong cẹy cèi cã chÊt phãng xỰ . ậé phãng xỰ cựa mét mÉu gẫ tđểi vộ mét mÉu gẫ cữ ệỰi ệở chạt cỉng khèi lđĩng lẵn lđĩt lộ 0,250 Bq vộ 0,215 Bq. Xịc ệỡnh xem mẫu gỗ cổ đại đã chết cách đây bao lâu ?
Bài giải
a) Phđểng trừnh cựa phờn ụng phẹn rở lộ :
hay 146 C →−01e+ AZX+ 00ν
14 0
6 C →β−+X+0ν
14 6 C
1 8
14 6 C
X
' 210
0,068 15 ' 15.206
= = =
m A
m A
0
A A
' '
= A =16AN
m N
N N
0 X
A A
15 . ' '
16 A N A
m N
N N
= Δ =
Δ 0 − =15 0 ' 16 N = N N N
0 0 0
t 4
T
' 2 16
2
= N = N = N N
áp dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích, ta có :
14 = 0 + A ⇒ A= 14
6 = −1 + Z ⇒ Z= 7
Nhð vậy, hạt nhân X chính là hạt nhân nitơ
VẺy ta cã phđểng trừnh : b) Ta cã :
Theo đề bài :
Từ đó : ⇒ ⇒t= 3T
và t = 3.5730 = 17 190 năm.
VẺy, sau t= 17 190 nẽm lđĩng chÊt phãng xỰ chử cưn bỪng lđĩng chÊt phãng xỰ ban ệẵu.
c) Kí hiệu tlà khoảng thời gian mà mẫu gỗ cổ đại đã chết, ta có : H= H0e−λt
víi H0= 0,250 Bq ; H= 0,215 Bq.
Từ đó : và
hay t ≈1 250 n¨m.
Bài tập 3
Bớn hỰt αcã ệéng nẽng 4 MeV vộo hỰt nhẹn ệụng yến thừ thu ệđĩc mét hỰt prôtôn và một hạt nhân X.
a) Từm hỰt nhẹn X vộ tÝnh xem phờn ụng ệã toờ ra hay thu vộo nẽng lđĩng bao nhiêu MeV.
b) Giả sử hai hạt sinh ra có cùng tốc độ, tính động năng và tốc độ của prôtôn.
Cho : mα= 4,0015 u ; mX = 16,9947 u ; mN= 13,9992 u ; mp = 1,0073 u ; 1 u ≈931 MeV/c2; c = 3.108m/s.
14 7 N
= 0,1508λ =0,1508 =0,1508.5730 0,693 0,693 t T
λ = 0 = 0,250 = =
ln ln ln(1,162) 0,1508 0,215
t H H
1 8
=3 t
= = T
t 3
T
1 1 1
8 2 2
0
1 8 m m =
= t0 ⇒ = t
T 0 T
1
2 2
m m
m m
− ν
→ 0 + +
14 14 0
6 C 1e 7 N 0
14 7 N.
Bài giải
a) Phđểng trừnh phờn ụng :
ịp dông cịc ệỡnh luẺt bờo toộn sè khèi vộ bờo toộn ệiỷn tÝch từm ệđĩc A= 17 ; Z = 8. ậã lộ hạt nhân
Ta thÊy : m0= mα+ mN= 18,0007 u ; m= mp+ mX= 18,0020 u.
Nhđ vẺy, m0< mphờn ụng thu nẽng lđĩng, vắi : W= (m0−m)c2= −1,2103 MeV b) Theo ệỡnh luẺt bờo toộn nẽng lđĩng, ta cã :
m0c2+ Wα= mc2+ WO+ Wp (1)
Trong đó Wα, WO, Wplà động năng của hạt α, hạt nhân 17O và hạt prôtôn. Vì hai hạt sinh ra, 17O và prôtôn có cùng tốc độ, nên ta có :
(2) Tõ (1) vộ (2) thay sè, ta ệđĩc :
Wp= 0,156 MeV Suy ra tốc độ của prôtôn :
= p ≈ 6
p
p
2W 5,5.10 m/s v m
= ⇒ =
O O O
O p
p p p
W m W m
W m m W
17 8 O.
+ → +
4 14 1 A
2He 7N 1H ZX