BÀI 25. BÀI TẬP VỀ VẬT LÍ HẠT NHÂN

KHỞI ĐỘNG

Cần vận dụng những kiến thức cơ bản nào để giải những bài tập về vật lí hạt nhân?

Giải nhanh:

Cần vận dụng những kiến thức cơ bản để giải những bài tập về vật lí hạt nhân đó là:

- Cấu tạo hạt nhân: hiểu rõ cấu tạo hạt nhân nguyên tử gồm proton, neutron và electron. Nắm vững các khái niệm như số hiệu nguyên tử, số khối, đồng vị, ion.

- Năng lượng liên kết hạt nhân: 

- Phản ứng hạt nhân

- Phóng xạ: hiểu rõ các loại phóng xạ (alpha, beta, gamma), 

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu hỏi 1: Lực nào đã làm thay đổi phương của hạt alpha khi được bắn vào lá vàng mỏng?

A. Lực hạt nhân giúp hạt nhân đẩy .

B. Lực hạt nhân giúp hạt nhân hút.

C. Lực đẩy tĩnh điện giữa hạt nhân và .

D. Lực hút tính điện giữa các electron của phân tử vàng và .

Giải nhanh:

Đáp án C là chính xác. 

Câu hỏi 2: Người ta đo độ phóng xạ H của một đồng vị theo thời gian t và điền kết quả vào Bảng 25.1.

a) Vẽ đồ thị độ phóng xạ theo thời gian.

b) Ước lượng chu kì bán rã của đồng vị này.

Giải nhanh:

a) Đồ thị biểu diễn độ phóng xạ theo thời gian làL

b) Ước lượng chu kì bán rã của đồng vị này là;

Ta có công thức:

Mà

Câu hỏi 3: Dùng máy đo phóng xạ của một mẫu gỗ của một cổ vật phát hiện được 240 phóng xạ mỗi phút. Biết rằng thành phần của mẫu gỗ có chứa 25 g và , chu kì bán rã của là 5730 năm và tỉ lệ nguyên tử và khi một sinh vật còn sống 10¹²:1.

a) Xác định số nguyên tử có trong mẫu gỗ.

b) Xác định độ tuổi của mẫu gỗ này.

Giải nhanh:

a) Số nguyên tử ban đầu là: .

Tỉ lệ nguyên tử và khi một sinh vật còn sống là .

Số nguyên tử ban đầu là:

Theo đề bài một cổ vật phát hiện được 240 phóng xạ mỗi phút: 

Số nguyên từ còn lại là:

Độ tuổi của mẫu gỗ là: năm.

Câu hỏi 4: Một nhà máy điện hạt nhân sử dụng nguyên liệu hạt nhân là . Biết rằng mỗi phân hạch sẽ toả năng lượng 200 MeV. Hiệu suất phát điện của nhà máy là 36%. Công suất phát điện của nhà máy là 1400 MW.

a) Hãy tính khối lượng của nguyên liệu nhà máy tiêu thụ trong 1 năm.

b) Tính lượng than đá tiêu thụ để sản xuất ra năng lượng điện tương đương, biết rằng năng suất toả nhiệt của than đá là 30 MJ/kg.

Giải nhanh:

a) Năng lượng điện là: J

Mà hiệu suất phát điện của nhà máy là 30% nên năng lượng điện lúc này là:

J

Số hạt cần dùng trong 365 ngày là:

hạt.

Khối lượng của nguyên liệu nhà máy tiêu thụ trong 1 năm là:

kg

b) Lượng than đá tiêu thụ để sản xuất ra năng lượng điện tương đương là

Kg

Câu hỏi 5: Vào tháng 6 năm 2024, người lái xe tải sẽ phải chờ bao nhiêu lâu để toàn bộ lượng thuốc đông y chất đầy thùng xe tải được chiếu xạ để bảo quản tại Trung tâm chiếu xạ Hà Nội (Hình 25.3), biết rằng cũng tại nơi đó vào tháng 1 năm 2022 người lái xe đã phải chờ 150 phút chiếu xạ cùng lượng thuốc như vậy và trung tâm chiếu xạ vẫn sử dụng nguồn chiếu xạ là có chu kì bẫn là 5,3 năm?

Giải nhanh:

Tháng 1 năm 2022 là 0 tháng. Tháng 6 năm 2024 là 30 tháng=2,5 năm

Độ phóng xạ H sau 30 tháng là:

Mà vào tháng 1 năm 2022 người lái xe đã phải chờ 150 phút chiếu xạ cùng lượng thuốc như vậy nên vào tháng 6 năm 2024, người lái xe tải sẽ phải chờ số phút là:

phút

Câu hỏi 6: Dược chất phóng xạ FDG có thành phần là đồng vị với chu kì bán rã là 110 phút, được sử dụng trong chụp ảnh cắt lớp PET. Dược chất này được sản xuất bằng cách bắn phá vào hạt đồng vị nhờ một loại hạt được tăng tốc bằng máy gia tốc. (Hình 25.4).

a) Xác định loại hạt được tăng tốc trong máy gia tốc biết rằng ngoài , sản phẩm bắn phá còn có neutron và phát xạ tia gamma.

b) Trước khi chụp ảnh cắp lớp PET, bệnh nhân sẽ được tiêm liều lượng dược chất FDG để đảm bảo độ phóng xạ trên mỗi kg cân nặng là 0,1 mCi không đổi. Hai bệnh nhân cùng cân nặng, cùng sử dụng FDG trong cùng một đợt sản xuất, nhưng được tiêm ở 2 thời điểm cách nhau 60 phút. Hỏi người nào sẽ được tiêm lượng FDG nhiều hơn? Xác định phần trăm lượng FDG nhiều hơn này cần được tiêm.

Giải nhanh:

a) Loại hạt được tăng tốc trong máy gia tốc có thể là hạt proton hoặc hạt alpha, nhưng khả năng xảy ra cao hơn là hạt alpha.

b) Giả sử thời gian bệnh nhân 1 tiêm là t = 60 phút, mà hai bệnh nhân tiêm 2 thời điểm cách nhau 60 phút nên thời điểm bệnh nhân hai tiêm là t = 120 phút

Bệnh nhân 1: 

Được tiêm FDG tại thời điểm t= 60 phút.

Độ phóng xạ của FDG tại thời điểm t = 60 phút là;

Độ phóng xạ của lượng FDG cần tiêm thêm là:

Bệnh nhân 2:

Được tiêm FDG tại thời điểm t = 120 phút. 

Độ phóng xạ của FDG tại thời điểm t = 120 phút là:

Độ phóng xạ của lượng FDG cần tiêm thêm là:

Bệnh nhân 2 sẽ được tiêm FDG nhiều hơn bệnh nhân 1. Coi

Vậy bệnh nhân hai sẽ được tiêm thêm 58,3%.

Em có thể: Vận dụng các kiến thức về cấu trúc hạt nhân, phản ứng hạt nhân, phóng xạ và ứng dụng công nghệ hạt nhân để giải các bài tập.

Giải nhanh:

- Ta xác định dạng bài tập: cấu trúc hạt nhân, phản ứng hạt nhân, phóng xạ, ứng dụng công nghệ hạt nhân.

- Chọn kiến thức phù hợp với từng dạng bài tập, vận dụng các công thức tính toán, định luật bảo toàn phù hợp với từng dạng bài tập.

- Một số ứng dụng công nghệ hạt nhân như chẩn đoán bệnh ung thư vằng tia gamma, sử dụng đồng vị phóng xạ để chẩn đoán và điều trị các bệnh tim mạch,…