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

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?

Đáp án chuẩn:

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

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

Đáp án chuẩn:

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

Đáp án chuẩn:

Sự khác nhau giữa phản ứng hạt nhân và phản ứng hoá học là:

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:

Đáp án chuẩn:

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.

Đáp án chuẩn:

a)  

b) . Thiếc

II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

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

Đáp án chuẩn:

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. Năng lượng liên kết hạt nhân càng lớn thì càng khó tách các nucleon ra khỏi hạt nhân.

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

Đáp án chuẩn:

Hạt nhân có càng lớn thì càng bền vững và ngược lại.

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 (A160) có 

< 8,2 MeV.

Đáp án chuẩn:

a) .

b) Hạt nhân nhẹ:

Hạt nhân nặng:

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

Đáp án chuẩn:

0,1326 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

Đáp án chuẩn:

a)  E = 3,8557.10¹⁵ MeV

MeV

b) 1amu = 931,5 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.

Đáp án chuẩn:

- Phản ứng phân hạch là một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn. Hai hạt nhân này, có số khối trung bình và bền vững hơn so với hạt nhân ban đầu.

- Đặc điểm:

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

+ Quá trình phân hạch của hạt nhân này là dùng neutron nhiệt bắn vào.Kết quả cho thấy 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.

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

Đáp án chuẩn:

- Các neutron sinh ra sau mỗi phân hạch của uranium( hoặc plutonium,..) có thể kích thích các hạt nhân khác trong mẫu chất phân hạch tạo nên những phản ứng phân hạch mới. các phản ứng phân hạch xảy ra liên tiếp tạo ra phản ứng dây truyền và toả ra năng lượng rất lớn.

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

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.

Đáp án chuẩn:

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.

Đáp án chuẩn:

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.

- Khi mật độ hạt nhân cao, các hạt nhân có nhiều khả năng va chạm với nhau hơn, dẫn đến việc hình thành hạt nhân mới. 

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

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.

Đáp án chuẩn:

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.

Đáp án chuẩn:

- Để biến một chất bất kỳ thành một chất mong muốn, ta cần dựa trên nguyên tắc của hóa học:

+ Phản ứng hóa học: Biến đổi chất dựa trên các phản ứng hóa học

+ Năng lượng: Cung cấp năng lượng cho phản ứng hóa học xảy ra

+ Điều kiện phản ứng: Tạo điều kiện thích 

- Tiềm năng khai thác năng lượng hạt nhân: Năng lượng hạt nhân có tiềm năng khai thác to lớn.

+Lượng nhiên liệu hạt nhân nhỏ có thể tạo ra lượng năng lượng lớn.

+ Năng lượng hạt nhân không tạo ra khí thải nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường. Giảm thiểu tác động đến biến đổi khí hậu.

- Cung cấp nguồn năng lượng ổn định.

- Phản ứng phân hạch và tổng hợp hạt nhân tỏa năng lượng 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