BÀI 22.  PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

PHẦN I. HỆ THỐNG CÂU HỎI, BÀI TẬP TRONG SGK

KHỞI ĐỘNG

Chiếc tem thư phát hành năm 1971 có in hình Rutherford và phương trình phản ứng hạt nhân được thực hiện lần đầu tiên trên thế giới vào năm 1909. Người ta đã thực hiện thí nghiệm phát hiện phản ứng hạt nhân như thế nào? Các hạt nhân có thể biến đổi thành các hạt nhân khác không?

I. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Hoạt động: So sánh tổng số điện tích, tổng số nucleon của các hạt nhân trước và sau khi tương tác trong thí nghiệm như mô tả ở Hình 22.2

Câu hỏi: Hãy trình bày sự khác nhau giữa phản ứng hạt nhân và phản ứng hoá học.

Hoạt động 1: Hãy viết biểu thức liên hệ giữa các số khối và biểu thức liên hệ giữa các điện tích của các hạt nhân trong phản ứng hạt nhân:

Hoạt động 2: Khi bắn phá bằng neutron người ta thấy chúng hợp nhất thành hạt nhân X, ngay sau đó hạt nhân X phân rã thành , ba hạt neutron và một hạt nhân Y.

a) Viết các phương trình phản ứng hạt nhân mô tả trong quá trình trên.

b) Sử dụng bảng hệ thống tuần hoàn hãy xác định tên gọi và kí hiệu các hạt nhân X và Y.

II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

Câu hỏi 1: Vì sao để tách được các nucleon ra khỏi hạt nhân cần một năng lượng lớn?

Hoạt động 1: Nêu mối liên hệ giữa độ bền vững của hạt nhân và năng lượng liên kết riêng.

Hoạt động 2: Giá trị năng lượng liên kết riêng của nhiều hạt nhân được biểu diễn trên đồ thị Hình 22.3. Em hãy:

a) Chỉ ra hai hạt nhân bền vững nhất, ước lượng của chúng.

b) Xác định năm hạt nhân nhẹ (A  30) và bốn hạt nhân nặng () có 

< 8,2 MeV.

Câu hỏi 2: Hãy tính độ hụt khối của hạt nhân oxygen , biết khối lượng hạt nhân oxygen là amu.

Hoạt động: Hãy thực hiện các yêu cầu sau:

a) Tính năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân .

b) Tìm hệ số chuyển đổi giữa các đơn vị amu và MeV/c²

III. PHẢN ỨNG HẠCH HẠT NHÂN

Hoạt động: Sự phân hạch hạt nhân là gì? Nêu đặc điểm phản ứng phân hạch của uranium.

Câu hỏi 1: Nêu đặc điểm của phản ứng phân hạch dây truyền.

Câu hỏi 2: Tính năng lượg toả ra khi phân hạch hoàn toàn 1 kg . Biết mỗi phân hạch toả ra năng lượng 200 MeV.

IV. PHẢN ỨNG TỔNG HỢP HẠT NHÂN

Câu hỏi 1: Sự tổng hợp hạt nhân là gì? Nêu điều kiện xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Câu hỏi 2: So sánh định tính phản ứng tổng hợp hạt nhân và phản ứng phân hạch về các đặc điểm: nhiên liệu phản ứng và điều kiện xảy ra phản ứng.

Em có thể:

- Nêu được nguyên tắc để biến một chất bất kì thành một chất mong muốn.

- Nêu được tiềm năng khai thác sử dụng năng lượng hạt nhân.

- Giải thích được vì sao phản ứng phân hạch và tổng hợp hạt nhân toả năng lượng.

- Giải thích nguồn gốc vạn vật.

PHẦN 2. 5 PHÚT TRẢ LỜI CÂU HỎI, BÀI TẬP TRONG SGK

KHỞI ĐỘNG

Đáp án: Cách thực hiện: 

- Bắn phá lá vàng mỏng bằng hạt alpha là hạt nhân Heli có năng lượng cao.

- Quan sát hướng di chuyển của các hạt alpha sau khi đi qua lá vàng.

Các hạt nhân có thể biến đổi thành các hạt nhân khác.

I. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Đáp án HĐ: 

Đáp án CH: 

Đáp án HĐ1: 

Đáp án HĐ2: 

II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

Đáp án CH1: Vì các nucleon liên kết với nhau bởi lực hạt nhân mạnh, cần phải cung cấp đủ năng lượng để thắng được lực hạt nhân mạnh. 

Đáp án HĐ1: Hạt nhân có càng lớn thì càng bền vững và ngược lại.

Đáp án HĐ2: a) .

b) Hạt nhân nhẹ:

Hạt nhân nặng:

Đáp án CH2: 0,1326 amu

Đáp án HĐ: a)  E = 3,8557.10¹⁵ MeV

MeV

b) 1amu = 931,5 MeV/c²

III. PHẢN ỨNG HẠCH HẠT NHÂN

Đáp án HĐ: - Phản ứng phân hạch là một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn. 

- Đặc điểm:

+ Đồng vị uranium-235 (235U) dễ bị phân hạch bởi neutron.

+ Dùng neutron nhiệt bắn vào.Kết quả: hạt nhân vỡ thành hai hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn. 

+ Phản ứng toả ra năng lượng khoảng 200 MeV dưới dạng động năng của các hạt nhân sản phẩm.

Đáp án CH1: 

- Các neutron sinh ra sau mỗi phân hạch của uranium có thể kích thích các hạt nhân khác trong mẫu chất phân hạch tạo nên những phản ứng phân hạch mới và tạo ra phản ứng dây truyền.

- Hệ số  1 phản ứng phân hạch tự duy trì, k < 1 phản ứng phân hạch tắt dần.

Đáp án CH2: MeV 

IV. PHẢN ỨNG TỔNG HỢP HẠT NHÂN

Đáp án CH1: Phản ứng tổng hợp hạt nhân là phản ứng hạt nhân trong đó hai hay nhiêu hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.

Điều kiện: 

- Nhiệt độ rất cao.

- Có đủ năng lượng động năng đủ lớn để thắng lực đẩy tĩnh điện giữa chúng.

- Thời gian duy trì nhiệt độ cao cũng đủ dài.

Đáp án CH2: 

Đáp án:

 - Dựa trên nguyên tắc của hóa học: Phản ứng hóa học; Cung cấp năng lượng cho phản ứng hóa học xảy ra; Tạo điều kiện thích hợp

- Tiềm năng khai thác năng lượng hạt nhân: Lượng nhiên liệu hạt nhân nhỏ có thể tạo ra lượng năng lượng lớn; không tạo ra khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường; Giảm thiểu tác động đến biến đổi khí hậu; Cung cấp nguồn năng lượng ổn định.

- Vì:

+ Phản ứng phân hạch: Phá vỡ hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhỏ hơn, giải phóng năng lượng liên kết dưới dạng nhiệt và bức xạ. 

+ Phản ứng tổng hợp hạt nhân: Kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn, giải phóng năng lượng liên kết dưới dạng nhiệt và bức xạ. 

- Nguồn gốc vạn vật: Giả thuyết thần tạo;  Giả thuyết khoa học;  Giả thuyết kết hợp