Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 12 - Chủ đề 7: Vật lý hạt nhân - Chuyên đề 2: Phản ứng hạt nhân

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 12 - Chủ đề 7: Vật lý hạt nhân - Chuyên đề 2: Phản ứng hạt nhân

1. CHƯƠNG 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN CHUYÊN ĐỀ 2: PHẢN ỨNG HẠT NHÂN PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM 1. Định nghĩa Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự Ví dụ: dùng hạt alpha làm “đạn” bắn “vỡ” hạt biến đổi hạt nhân. nhân Urani. 2. Phân loại Cĩ hai loại phản ứng hạt nhân: Ví dụ: • Phản ứng tự phân rã của hạt nhân khơng bền 210 4 206 84 Po 2 82 Pb thành các hạt khác bền hơn. 4 14 N 1 p 17 O • Phản ứng trong đĩ các hạt nhân tương tác với 2 7 1 8 nhau dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt nhân khác. Chú ý: Các hạt sơ cấp cũng được viết kí hiệu 1 1 0 như hạt nhân: 1 p;0 n; 1 e, 3. Các định luật bảo tồn trong phản ứng hạt nhân Tổng quát phản ứng hạt nhân: Ví dụ: A1 A A2 B A3 C A4 D Z1 Z2 Z3 Z4 • Bảo tồn số nuclơn (số khối): A1 A2 A3 A4 • Bảo tồn điện tích: Z1 Z2 Z3 Z4 • Bảo tồn động lượng:         pA pB pC pD p pN pp pO • Bảo tồn năng lượng tồn phần Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân khơng cĩ bảo tồn khối lượng. 4. Năng lượng của phản ứng hạt nhân Năng lượng của phản ứng hạt nhân tính bởi 4 14 1 17 Ví dụ: 2 7 N 1 p 8 O 2 Q m m m m c2 Q m m .c N p O trước sau • Nếu Q 0 thì phản ứng tỏa năng lượng. • Nếu Q 0 thì phản ứng thu năng lượng. Biến đổi cơng thức trên ta cĩ một số cơng thức tính năng lượng của phản ứng khác: Trang 1
2. Q W W W W Q Wliên kết sau Wliên kết trước lkO lkp lk lkN (K là động năng) K K K K K sau Ktrước O P N 2 2 m m .c mO mp m mN .c sau trước Chú ý: Trong các cơng thức tính, các hạt sơ cấp như p, n, e cĩ độ hụt khối bằng 0 nên năng lượng liên kết bằng 0. Cĩ 2 loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng Ví dụ: thường gặp 1 235 94 140 1 0 n 92 U 38 Sr 54 Xe 20 n • Phản ứng phân hạch: 1 hạt nhân nặng vỡ thành 2 2 H 3 H 4 He 1 n hạt nhân nhẹ hơn. 1 1 2 0 • Phản ứng nhiệt hạch: 2 hạt nhân nhẹ A 10 kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn (cần nhiệt độ rất cao). 5. Phĩng xạ Định nghĩa: phĩng xạ là hiện tượng một hạt nhân khơng bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phĩng xạ và biến đổi thành các nhân khác. Ứng với mỗi loại tia phĩng xạ khác nhau thì sự phĩng xạ cĩ tên gọi khác nhau Kí Tên Loại tia phĩng xạ Đặc điểm hiệu Là chùm hạt nhân He phĩng ra với tốc độ khoảng Phĩng xạ 2.107 m / s . Tia anpha 4 anpha 2 Làm ion hĩa khơng khí Chỉ đi được vài cm trong khơng khí. Là chùm hạt êlectron phĩng xa với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh Phĩng xạ sáng. Tia bêta trừ 0  bêta trừ 1 Làm ion hĩa mơi trường yếu hơn tia anpha. Cĩ thể đi vài mét trong khơng khí. 0 0 Phĩng xạ Tia bêta cộng 1 Là chùm các pơzitron 1e phĩng ra với tốc độ xấp xỉ tốc Trang 2
3. Kí Tên Loại tia phĩng xạ Đặc điểm hiệu bêta cộng độ ánh sáng. Làm ion hĩa mơi trường yếu hơn tia anpha. Cĩ thể đi vài mét trong khơng khí. Là bức xạ điện từ cĩ bước sĩng ngắn hơn tia X. Phĩng xạ Tia gamma  Đi được vài mét trong bê tơng. gamma Vơ cùng nguy hiểm với cơ thể người. Đặc điểm của phĩng xạ: • Là một quá trình tự phát, khơng chịu tác động của các yếu tố bên ngồi (nhiệt độ, ) • Là một quá trình ngẫu nhiên, ta khơng biết được lúc nào hạt nhân phân rã. Định luật phĩng xạ 210 Ví dụ: 84 Po (Poloni) cĩ chu kì bán rã bằng Chất phĩng xạ cĩ một đặc điểm là cứ sau thời 138 ngày. gian T thì một nửa số hạt nhân hiện tại bị phân rã Ban đầu cĩ 210 g Po (1 mol), số hạt nhân tương thành hạt nhân khác gọi là chu kì bán rã. ứng là 6,02.1023 hạt nhân. Sau 276 ngày khối Giả sử ban đầu cĩ N hạt nhân, khối lượng là 0 lượng Po cịn lại bao nhiêu? m0 thì ở thời điểm t, lượng chất phĩng xạ cịn lại: Hướng dẫn t t 276 T t T 138 2 m t m0.2 m0.e m m0.2 210.2 210.2 52,5g t Số hạt nhân cịn lại: N t N .2 T N .e t 0 0 t 276 N N .2 T 6,02.1023.2138 1,505.1023 ln 2 0 Trong đĩ:  gọi là hằng số phĩng xạ đặc T ln 2 ln 2  5,8.10 8 . trưng cho từng loại chất phĩng xạ. T 138.86400 Để đặc trưng cho tính phĩng xạ mạnh hay yếu Chú ý: Khi tính hằng số phĩng xạ thì chu kì T phải của một chất phĩng xạ, ta dùng đại lượng độ phĩng đổi ra đơn vị là giây xạ. Độ phĩng xạ của một lượng chất phĩng xạ ở thời Độ phĩng xạ của Po ở thời điểm t 276 ngày là điểm t bằng tích của hằng số phĩng xạ và số lượng hạt nhân phĩng xạ chứa trong lượng chất đĩ ở thời điểm t. H .N H .N 5,8.10 8.1,505.1023 8,729.1015 Bq Đơn vị của H là becơren (Bq), curi (Ci) 1 Becơren = 1 phân rã / giây 1 Ci 3,7.1010 Bq Độ phĩng xạ ban đầu: Độ phĩng xạ ban đầu: 8 23 16 H0 .N0 H0 .N0 5,8.10 .6,02.10 3,49.10 Bq Như vậy độ phĩng xạ cũng giảm theo hàm mũ: Trang 3
4. t T t H H0.2 H0.e Ứng dụng của đồng vị phĩng xạ: • Tính tuổi của mẫu vật. • Đo thể tích máu. • Xạ trị ung thư. PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Xác định sản phẩm của phản ứng hạt nhân 1. Phương pháp giải Để xác định sản phẩm của phản ứng hạt nhân Ví dụ: Xác định hạt X trong phản ứng sau: (tìm điện tích hạt nhân và số khối) ta làm theo các 1 9 4 1 p 4 Be 2 He X bước sau: 1 p 9 Be 4 He A X Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng, điền số khối và điện 1 4 2 Z tích của các hạt đã biết, đặt ẩn Z và A đối với hạt cần tìm. Bước 2: Áp dụng định luật bảo tồn điện tích để Theo định luật bảo tồn điện tích ta cĩ: tìm Z. 1 4 2 Z Z 3 Bước 3: Áp dụng định luật bảo tồn số khối để tìm Theo định luật bảo tồn số khối: A 1 9 4 A A 6 6 Vậy X : 3X 2. Ví dụ minh họa 19 16 Ví dụ 1: Xác định hạt X trong phản ứng: 9 F p 8 O X 7 9 A. . B. 3 Li .C. 4 Be . D.  . Hướng dẫn 19 1 16 A Đặt ẩn cho X: 9 F 1p 8 O Z X Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: 9 1 8 Z Z 2 Áp dụng định luật bảo tồn số khối: 19 1 16 A A 4 4 Vậy: 2 X hay X chính là hạt anpha. Chọn A. 3 Ví dụ 2: Trong phản ứng 7 Li p 2X hạt X là: 3 A.  . B.  .C. . D. 1 H . Hướng dẫn 3 1 A Đặt ẩn cho X: 7 Li 1p 2Z X Ở đây sản phẩm cĩ 2 hạt X nên định luật bảo tồn điện tích cho ta: 3 1 2.Z Z 2 Cĩ 2 hạt X nên định luật bảo tồn số khối: Trang 4
5. 7 1 2.A A 4 4 Vậy X là hạt nhân 2 Chọn C. 2 10 Ví dụ 3: Dùng hạt nhân 1 H bắn vào hạt nhân 5 B, người ta thấy rằng sản phẩm tạo thành chỉ cĩ hạt anpha. Số hạt anpha tạo thành là: A. 1. B. 2.C. 3. D. 4. Hướng dẫn 2 10 4 Gọi số hạt anpha tạo thành là x. Ta cĩ phương trình phản ứng: 1 H 5 B x2 Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: 1 5 x.2 x 3 (vì cĩ x hạt anpha) Vậy cĩ 3 hạt anpha được tạo thành. Chọn C. 235 207 Ví dụ 4: Trong dãy phân rã phĩng xạ: 92 X 82 Y cĩ bao nhiêu hạt và  được phát ra? A. 3 và 4 . B. 7 và 4 .C. 4 và 7 . D. 7 và 2 . Hướng dẫn Gọi số hạt anpha và bêta sinh ra lần lượt là x và y. 235 4 0 207 Sơ đồ phản ứng: 92 X x2 y 1 82 Y Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: 92 x.2 y. 1 82 1 Áp dụng định luật bảo tồn số khối: 235 x.4 y.0 207 2 2x y 10 x 7 Từ (1) và (2) ta cĩ hệ phương trình: 4x 0.y 28 y 4 Vậy cĩ 7 hạt anpha và 4 hạt bêta được tạo thành. Chọn B. 3. Bài tập tự luyện 209 Câu 1: Chất phĩng xạ 84 Po là chất phĩng xạ anpha. Chất tạo thành sau phĩng xạ là chì (Pb). Phương trình phĩng xạ của quá trình trên là: 209 4 207 209 4 213 A. 84 Po 2He 80 Pb .B. 84 Po 2He 86 Pb . 209 4 205 209 4 82 C. 84 Po 2He 82 Pb . D. 84 Po 2He 205Pb . 7 Câu 2: Chọn đáp án đúng? Bắn hạt proton vào nhân bia 3 Li . Phản ứng tạo ra hai hạt nhân X giống hệt nhau bay ra. Hạt X là: A. Đơteri.B. Prơtơn.C. Nơtron.D. Heli. Đáp án: 1 – C 2 – D Dạng 2: Năng lượng của phản ứng hạt nhân 1. Phương pháp giải Trang 5
6. Áp dụng các cơng thức tính năng lượng tùy vào 3 1 Ví dụ: Phản ứng: 1 H 1H biết động năng dữ kiện đầu bài cho. của các hạt là: K 3 1,12MeV 1 H 2 Q mtrước msau .c K1 2,25MeV , K 4,38MeV 1 H Wliên kết sau Wliên kết trước Q Ksau Ktrước K K 3 K 1 1 H 1 H K sau K trước 4,38 1,21, 2,25 0,92 0 m m .c 2 sau trước Vậy phản ứng tỏa năng lượng 0,92 MeV. 2. Ví dụ minh họa 37 1 37 1 Ví dụ 1: Cho phản ứng 17 Cl 1p 18 Ar 0n . Phản ứng này tỏa ra hay thu vào bao nhiêu năng lượng? 2 Biết mAr 36,956889 u, mCl 36,956563 u, mn 1,008665 u, mp 1,007276 u, 1 u 931,5 MeV / c A. Tỏa 1,6 MeV.B. Thu 1,6 MeV.C. Tỏa 3,2 MeV.D. Thu 3,2 MeV. Hướng dẫn Bài cho biết khối lượng của các hạt trước và sau phản ứng nên ta sử dụng cơng thức 2 2 Q mt ms .c mCl mp mAr mn c 36,956563 1,007276 36,956889 1,008665 .931,5 1,6 0 Vậy phản ứng thu năng lượng 1,6 MeV. Chọn B. Ví dụ 2: Hạt nhân Po đứng yên phĩng xạ ra hạt anpha và biến đổi thành hạt nhân chì. Biết động năng của hạt anpha và hạt nhân chì lần lượt bằng 1,25 MeV và 0,75 MeV. Phản ứng này: A. Tỏa năng lượng 2 MeV.B. Thu năng lượng 2 MeV. C. Tỏa năng lượng 0,5 MeV.D. Thu năng lượng 0,5 MeV. Hướng dẫn Đề bài cho ta biết động năng của các hạt. Hạt nhân mẹ Po ban đầu đứng yên nên động năng của nĩ bằng 0. Động năng của các hạt sau phản ứng: K 1,25MeV,KPb 0,75MeV Năng lượng của phản ứng: Q K sau Ktrước K K Pb K Po 1,25 0,75 0 2 0 Vậy phản ứng tỏa năng lượng 2 MeV. Chọn A. 2 3 4 1 Ví dụ 3: Cho phản ứng hạt nhân: 1 D 1 T 2 He 0 n . Biết độ hụt khối khi tạo thành các hạt nhân lần 2 lượt bằng mD 0,0024 u, mT 0,0084 u, mHe 0,0302 u . Biết 1 u 931,5 MeV / c . Phản ứng trên: A. tỏa năng lượng 9,87 MeV.B. thu năng lượng 9,87 MeV. C. tỏa năng lượng 18,07 MeV.D. thu năng lượng 18,07 MeV. Hướng dẫn Trang 6
7. Bài cho biết độ hụt khối của các hạt nhân trước phản ứng là D và T. Biết độ hụt khối của các hạt sau phản ứng là He. Riêng nơtron là hạt sơ cấp nên độ hụt khối bằng 0. 2 Năng lượng của phản ứng: Q msau mtrước .c 2 mHe mD mT .c 0,0302 0,0024 0,0084 .931,5 18,07 0 Vậy phản ứng tỏa năng lượng 18,07 MeV. Chọn C. 1 6 Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân: 0 n 3 Li T 4,5MeV . Năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1 mol khí He là: A. 4,502.1023 MeV . B. 2,709.1024 MeV. C. 2,709.1023 MeV . D. 2,709.1025 MeV . Hướng dẫn Từ phương trình ta thấy cứ 1 phản ứng sẽ tạo ra 1 hạt nhân anpha (khí He) thì tỏa ra năng lượng 4,5 MeV. Vậy năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1 mol khí He (tức là tạo thành 6,02.1023 hạt nhân He) là: Q = Số hạt nhân tạo ra. Năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1 hạt nhân Q 6,02.1023.4,5 2,709.1024 MeV Chọn B. 3. Bài tập tự luyện 27 30 Câu 1: Cho phản ứng hạt nhân: 13 Al 15 P n . Khối lượng của các hạt nhân là m 4,0015 u , 2 mAl =26,97435 u, mp 29,97005 u, mn 1,008670 u, 1 u 931 MeV / c . Năng lượng mà phản ứng này toả ra hoặc thu vào là bao nhiêu? A. Toả ra 4,275152 MeV. B. Thu vào 2,67197 MeV. C. Toả ra 4,275152.10 13 J. D. Thu vào 2,67197.10 13 J. Câu 2: Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani 235 U năng lượng trung bình toả ra khi phân chia một hạt nhân là 200 MeV. Khi 1 kg 235 U phân hạch hồn tồn thì toả ra năng lượng A. 8,21.1013 J.B. 4,11.1013 J.C. 5,25.1013 J.D. 6,23.1021 J. Đáp án: 1 – B 2 – A Dạng 3: Tính động năng của các hạt 1. Phương pháp giải Vận dụng định luật bảo tồn động lượng và liên Ví dụ: Hạt nhân Po đứng yên phân rã thành 2 hệ động lượng, động năng và cơng thức tính năng hạt. Hạt anpha cĩ động năng bằng 1 MeV và hạt lượng của phản ứng để tính động năng các hạt. nhân chì. Biết phản ứng tỏa năng lượng 1,5 MeV. Tính động năng của hạt nhân chì? Q K sau K trước Năng lượng tỏa ra: Q K K Liên hệ động lượng p và động năng K của hạt cĩ sau trước khối lượng m: p 2.K.m 1,5 K KPb KPo Trang 7
8. 1 KPb 0 KPb 0,5MeV . 2. Ví dụ minh họa 210 Ví dụ 1: Hạt nhân 84 Po đứng yên phĩng xạ ra hạt anpha và biến đổi thành hạt nhân chì. Biết phản ứng tỏa năng lượng 20 MeV. Lấy khối lượng của các hạt nhân xấp xỉ bằng số khối tính theo đơn vị u. Động năng của hạt anpha bằng A. 19,62 MeV.B. 0,38 MeV.C. 14,35 MeV.D. 5,65 MeV. Hướng dẫn 210 4 206 Phương trình phản ứng: 84 Po 2 82 Pb Năng lượng tỏa ra của phản ứng: Q K sau K trước 20 K K Pb 1 Vì ban đầu Po đứng yên nên động năng trước phản ứng bằng 0. Vì trước phản ứng Po đứng yên nên vectơ tổng động lượng của hệ bằng 0. Sau phản ứng, vectơ tổng   động lượng cũng phải bằng 0. Nên: p pPb 0 . Từ đĩ vectơ động lượng của hạt anpha và hạt nhân chì phải cĩ cùng độ lớn và ngược hướng nhau. Suy ra: p pPb 2K .m 2KPb .mPb K .m KPb .mPb 2 Thế (2) vào (1) ta thu được: K .m mPb m Q K KPb K K .Q KPb .Q mPb m mPb m mPb Vì khối lượng các hạt xấp xỉ bằng số khối nên ta cĩ: m 4u;mPb 206u; 206 Thay số vào các biểu thức trên ta cĩ: K .20 19,62MeV . 4 206 Chọn A. Chú ý: Ta cĩ thể ghi nhớ cơng thức giải nhanh với dạng bài này: Bài tốn 1 hạt nhân đứng yên phân rã thành 2 hạt nhân con cĩ số khối bằng A1 và A2 , phản ứng tỏa năng lượng Q thì động năng các hạt tính bởi: A2 A1 K1 .Q;K2 .Q A1 A2 A1 A2 226 Ví dụ 2: Hạt nhân 88 Ra đứng yên phĩng xạ anpha và biến đổi thành hạt nhân X. Biết động năng của hạt nhân X bằng 0,226 MeV. Lấy khối lượng các hạt nhân xấp xỉ bằng số khối tính theo đơn vị u. Năng lượng tỏa ra của phản ứng bằng: A. 708,6795 MeV. B. 12,769 MeV.C. 14,842 MeV. D. 823,731 MeV. Hướng dẫn 226 4 222 Bài tốn hạt nhân phân rã. Phương trình phản ứng: 88 Ra 2 86 X Từ đĩ ta xác định được số khối của các hạt sau phản ứng: A1 A 4u;A2 AX 222 u Năng lượng tỏa ra của phản ứng là Q. Trang 8
9. Áp dụng cơng thức, động năng của hạt nhân X tính bởi: A1 4 K2 .Q 0,226 .Q Q 12,769MeV . A1 A2 4 222 Chọn B. 2. Bài tập tự luyện 226 Câu 1: Rađi 88 Ra là nguyên tố phĩng xạ . Một hạt nhân rađi đang đứng yên phĩng ra hạt và biến đổi thành hạt nhân con X. Biết động năng của hạt là 4,8 MeV. Lấy khối lượng hạt nhân (tính theo đơn vị u) bằng số khối của nĩ. Giả sử phĩng xạ này khơng kèm theo bức xạ gamma. Năng lượng tỏa ra trong phân rã này là: A. 269 MeV. B. 271 MeV. C. 4,72 MeV. D. 4,89 MeV. 14 Câu 2: Khi bắn hạt cĩ động năng K vào hạt nhân 7 N đứng yên thì gây ra phản ứng 4 14 17 2 7 N 8 O X . Cho khối lượng các hạt nhân trong phản ứng lần lượt là mHe 4,0015 u , 2 mN 13,9992 u, mO 16,9947 u và mx 1,0073 u . Lấy 1 u 931,5 MeV / c . Nếu hạt nhân X sinh ra đứng yên thì giá trị của K bằng: A. 1,21 MeV.B. 1,58 MeV.C. 1,96 MeV.D. 0,37 MeV. Đáp án: 1 – D 2 – B Dạng 4: Bài tập về phĩng xạ 1. Phương pháp giải Vận dụng cơng thức về định luật phĩng xạ vào Ví dụ: Poloni phĩng xạ anpha và chuyển thành tính tốn. hạt nhân chì với chu kì bán rã bằng 138 ngày. Giả Khối lượng cịn lại: sử ban đầu cĩ 210 g Po, sau 138 ngày khối lượng t cịn lại bằng: T t m m .2 m .e t 138 0 0 m m .2 T 210.2 138 105g . Khối lượng bị phân rã: 0 t Khối lượng bị phân rã: T t m m 1 2 m . 1 e t 138 0 0 T 138 m m0 1 2 210 1 2 105g . t Độ phĩng xạ: H .N H0.e ln 2 Hằng số phĩng xạ:  T (Chu kì T phải đổi ra đơn vị là giây). Tuổi của cổ vật: Ví dụ: Mẫu gỗ cĩ độ phĩng xạ là 4 Bq. Đo độ T H phĩng xạ của khúc gỗ cùng loại mới chặt độ phĩng t ln 0 xạ là 10 Bq. Chu kì bán rã của cacbon bằng 5600 ln 2 Ht năm thì tuổi của cổ vật là: Trong đĩ: H là độ phĩng xạ của mẫu vật. t T H 5600 10 t .ln 0 .ln 7403 năm. H0 là độ phĩng xạ của mẫu vật cùng ln 2 Ht ln 2 4 loại, cùng khối lượng lúc mới chết. Trang 9
10. 2. Ví dụ minh họa 210 Ví dụ 1: Chất phĩng xạ 84 Po phĩng xạ ra ra hạt anpha và biến đổi thành hạt nhân chì với chu kì bán rã bằng 138 ngày. Sau bao lâu khối lượng Po cịn lại 25%? A. 138 ngày.B. 276 ngày.C. 414 ngày.D. 69 ngày. Hướng dẫn t T Khối lượng chất phĩng xạ giảm theo hàm mũ: m m0.2 m Khối lượng chất phĩng xạ cịn lại 25% khi: 25% 0,25 m0 t t 1 1 0,25m m .2 T 2 T 0,25 2 2 t 2T 276 ngày. 0 4 22 Chọn B. 210 Ví dụ 2: Chất phĩng xạ 84 Po phĩng xạ ra ra hạt anpha và biến đổi thành hạt nhân chì với chu kì bán rã bằng 138 ngày. Giả sử ban đầu cĩ 210 gam Po. Sau 138 ngày khối lượng chì tạo thành là: A. 103 g.B. 51,5 g.C. 41,2 g.D. 105 g. Hướng dẫn 210 4 206 Phương trình phản ứng: 84 Po 2 82 Pb Từ phương trình ta thấy cứ 1 hạt nhân Po phân rã thì tạo ra 1 hạt nhân Pb. Do đĩ số mol Po phân rã chính bằng số mol Pb tạo thành. Khối lượng Po phân rã sau 138 ngày là: t 138 T 138 m m m0 m0 1 2 210 1 2 105g . m 105 Suy ra số mol Po phân rã : n 0,5 mol M 210 Đĩ cũng chính là số mol chì tạo thành. Do đĩ khối lượng chì tạo thành là: mPb n.mPb 0,5.206 103 g. Chọn A. 210 Ví dụ 3: Chất phĩng xạ 84 Po phĩng xạ ra ra hạt anpha và biến đổi thành hạt nhân chì với chu kì bán rã bằng 138 ngày. Giả sử ban đầu cĩ 210 gam Po. Sau 138 ngày thể tích khí heli tạo thành ở điều kiện tiêu chuẩn là: A. 5,6 lít.B. 22,4 lít.C. 11,2 lít.D. 4,48 lít. Hướng dẫn 210 4 206 Phương trình phản ứng: 84 Po 2 82 Pb Từ phương trình ta thấy cứ 1 hạt nhân Po phân rã tạo ra một hạt anpha chính là heli. Suy ra số mol khí He chính bằng số mol Po phân rã. Trang 10
11. t 138 T 138 Khối lượng Po phân rã sau 138 ngày là: m m m0 m0 1 2 210 1 2 105g . m 105 Suy ra số mol Po phân rã : n 0,5 mol M 210 Đĩ cũng chính là số mol khí tạo thành. Thể tích khí là: V 22,4.n 11,2 lít . Chọn C. Ví dụ 4: Một chất phĩng xạ cĩ chu kì bán rã T. Sau 12 ngày người ta thấy tỉ số giữa số hạt nhân đã bị phân rã và số hạt nhân cịn lại bằng 3:1. Giá trị của T là: A. 6 ngày.B. 12 ngày.C. 18 ngày.D. 24 ngày. Hướng dẫn Gọi N0 là số hạt nhân ban đầu của chất phĩng xạ. t T Sau thời gian t 12 ngày thì số hạt nhân cịn lại bằng: N N0.2 t T Số hạt nhân bị phân rã: N N0 N N0 1 2 Theo bài ra, tỉ số giữa số hạt nhân bị phân rã và số hạt nhân cịn lại là 3:1 nên: t N 1 2 T 0 t N 3 T 1 2 t 3 2 2 t 2T T 6 ngày N 1 T 4 N0.2 Chọn A. Ví dụ 5: Để xác định tuổi của một tượng gỗ, người ta đem so sánh độ phĩng xạ của nĩ với độ phĩng xạ của một khúc gỗ cùng loại, cùng khối lượng vừa mới chặt. Kết quả giám định cho thấy độ phĩng xạ của tượng gỗ chỉ cịn bằng 20% độ phĩng xạ của khúc gỗ mới. Biết chu kì bán rã của cacbon 14 là 5600 năm. Tuổi của cổ vật trên bằng: A. 7042 năm.B. 13125 năm. C. 13003 năm.D. 15008 năm. Hướng dẫn Độ phĩng xạ của tượng gỗ chỉ bằng 20% của mẫu gỗ mới chặt nên: H 1 1 H 20%H 0 5. 0 H 20% 0,2 Tuổi của cổ vật: T H 5600 t .ln 0 .ln 5 13003 năm. ln 2 H ln 2 Chọn C. 25 Ví dụ 6: 11 Na là một đồng vị phĩng xạ cĩ chu kì bán rã bằng 62 ngày. Tại thời điểm mới mua về, trong 23 phịng thí nghiệm cĩ 5 g Na. Biết số Avơgađrơ NA 6,02.10 . Sau 124 ngày thì độ phĩng xạ của mẫu Na trên bằng A. 2,4.1015 Bq . B. 2,4.1024 Bq . C. 3,9.1024 Bq . D. 3,9.1015 Bq . Trang 11
12. Hướng dẫn Cách 1: Tính được khối lượng cịn lại, rồi suy ra số hạt nhân sau đĩ suy ra độ phĩng xạ. t 124 T 62 Khối lượng Na cịn lại: m m0.2 5.2 1,25g. m 1,25 Suy ra số hạt nhân Na cịn lại: N n.N .N .6,02.1023 3,01.1022 A M A 25 ln 2 ln 2 Độ phĩng xạ: H .N .N .3,01.1022 3,9.1015 Bq . T 62.86400 Chọn D. Cách 2: Tính ngay độ phĩng xạ ban đầu rồi áp dụng định luật phĩng xạ tìm ra độ phĩng xạ ở thời điểm t. m 5 Số hạt nhân Na ban đầu: N n .N 0 .N .6,02.1023 1,204.1023 0 0 A M A 25 ln 2 ln 2 Đơ phĩng xạ ban đầu: H .N .N .1,204.1023 1,56.1016 Bq 0 0 T 0 62.86400 t 124 T 16 62 15 Sau 124 ngày độ phĩng xạ cịn lại: H H0.2 1,56.10 .2 3,9.10 Bq . Chọn D. 3. Bài tập tự luyện Câu 1: Chọn câu sai? A. Sau khoảng thời gian bằng 3 lần chu kì bán rã, chất phĩng xạ cịn lại là một phần tám. B. Sau khoảng thời gian bằng 2 lần chu kì bán rã, chất phĩng xạ bị phân rã là ba phần tư. C. Sau khoảng thời gian bằng 2 lần chu kì bán rã, chất phĩng xạ cịn lại là một phần tư. D. Sau khoảng thời gian bằng 3 lần chu kì bán rã, chất phĩng xạ cịn lại là một phần chín. Câu 2: Một lượng chất phĩng xạ cĩ số lượng hạt nhân ban đầu là N0 sau 3 chu kì bán rã, số lượng hạt nhân đã bị phân rã là: N N N 7N A. 0 . B. 0 . C. 0 .D. 0 . 3 9 8 8 Câu 3: Một chất phĩng xạ của nguyên tố X phĩng ra các tia bức xạ và biến thành chất phĩng xạ của nguyên tố Y. Biết X cĩ chu kì bán rã là T, sau khoảng thời gian t 5T thì tỉ số của số hạt nhân của nguyên tử X cịn lại với số hạt nhân của nguyên tử Y tạo thành là: 1 1 A. . B. 31. C. .D. 5. 5 31 14 Câu 4: Chu kì bán rã của 6 C là 5570 năm. Khi phân tích một mẫu gỗ, người ta thấy 87,5% số nguyên 14 14 tử đồng vị phĩng xạ 6 C đã bị phân rã thành các nguyên tử 7 N . Tuổi của mẫu gỗ này là bao nhiêu? A. 11140 năm.B. 13925 năm.C. 16710 năm.D. 12885 năm. Đáp án: 1 – D 2 – D 3 – C 4 – C Trang 12
13. PHẦN 3: BÀI TẬP TỔNG HỢP Câu 1: Phĩng xạ là A. quá trình hạt nhân nguyên tử phát ra sĩng điện từ. B. quá trình hạt nhân nguyên tử phát ra các tia ,  ,  . C. quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân khơng bền vững. D. quá trình hạt nhân nguyên tử nặng bị phá vỡ thành các hạt nhân nhẹ khi hấp thụ nơtron. Câu 2: Điều nào sau đây khơng phải là tính chất của tia gamma? A. Gây nguy hại cho con người. B. Cĩ vận tốc bằng vận tốc của ánh sáng. C. Bị lệch trong điện trường hoặc từ trường. D. Cĩ bước sĩng ngắn hơn bước sĩng của tia X. Câu 3: Trong các phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng phân hạch? 2 3 4 1 7 2 4 1 A. 1 H 1 H 2 He 0 n 17,6MeV . B. 3 Li 1 H 22 He 0 n 15,1MeV . 235 95 139 7 2 4 1 C. 92 U n 42 Mo 57 La 2n 7e . D. 3 Li 1 H 22 He 0 n 15,1MeV . Câu 4: Chọn câu sai. Đối với một phản ứng hạt nhân cĩ định luật bảo tồn A. năng lượng tồn phần. B. điện tích. C. động năng. D. số nuclơn. 14 4 A Câu 5: Phương trình phản ứng: 6 C 2 He  Z X . Trong đĩ Z và A là: A. Z 6; A 15 .B. Z 8; A 14 . C. Z 9;A 18 .D. Z 7;A 14 . 238 234 Câu 6: Trong quá trình phân rã hạt nhân 92 U thành hạt nhân 92 U đã phĩng ra một hạt và hai hạt A. prơtơn.B. pơzitron.C. êlectron.D. nơtron. Câu 7: Khi một hạt nhân phĩng xạ lần lượt một tia và hai tia  thì hạt nhân sẽ biến đổi như thế nào? A. số khối giảm 4, số prơtơn khơng đổi. B. số khối giảm 2, số prơtơn giảm 2. C. số khối tăng 2, số prơtơn tăng 2. D. số khối giảm 4, số prơtơn giảm 1. 6 24 Câu 8: Cĩ bao nhiêu hạt  được giải phĩng trong một giờ từ một micrơgam ( 10 g) đồng vị 11 Na , biết đồng vị phĩng xạ  với chu kì bán rã T 15 giờ. A. N 2,134.1015 hạt.B. N 4,134.1015 hạt. C. N 3,134.1015 hạt. D. N 1,134.1015 hạt. 12 Câu 9: Xem rằng ban đầu hạt nhân 6 C đứng yên. Cho biết mC 12u; m 4,0015u . Năng lượng tối thiểu để chia hạt nhân thành 3 hạt là: A. 6,7.10 13 J . B. 7,7.10 13 J . C. 8,2.10 13 J .D. 5,6.10 13 J . 210 Câu 10 : Poloni ( 84 Po ) là chất phĩng xạ a cĩ chu kì bán rã T 138 ngày. Một mẫu poloni nguyên chất cĩ khối lượng ban đầu là 0,01 g. Độ phĩng xạ của mẫu chất trên sau 3 chu kì bán rã là bao nhiêu? A. 16,32.1010 Bq . B. 18,49.109 Bq . C. 20,84.10 10 Bq. D. 2,084.10 10 Bq. Trang 13
14. 222 Câu 11: Một lượng chất phĩng xạ 86 Rn ban đầu cĩ khối lượng 1 mg. Sau 15,2 ngày độ phĩng xạ giảm 93,75%. Chu kì bán rã của Rn là: A. 4,0 ngày.B. 3,8 ngày.C. 3,5 ngày.D. 2,7 ngày. 210 Câu 12: Cho 84 Po Pb , biết T 138,4 ngày. Sau 414,6 ngày thì khối lượng chì tạo thành là 144,2 g. Tính khối lượng Po ban đầu? A. 168 g.B. 136 g.C. 188 g.D. 240 g. Đáp án: 1 – C 2 – C 3 – C 4 – C 5 – C 6 – C 7 – A 8 – D 9 – A 10 – C 11 – B 12 – A Trang 14