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?

Giải rút gọn:

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.

Kết quả:

- Hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng.

- Một số ít hạt alpha bị lệch hướng mạnh, thậm chí quay ngược lại.

Giải thích: 

- Hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng vì hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tử.

- Một số ít hạt alpha bị lệch hướng mạnh hoặc quay ngược lại khi đi qua gần hạt nhân, chứng tỏ hạt nhân có điện tích dương tập trung rất mạnh và có khả năng đẩy lùi hạt alpha.

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

Giải rút gọn:

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

Giải rút gọn:

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:

Giải rút gọn:

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 là:

Định luật bảo toàn số khối:

Định luật bảo toàn điện tích:

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.

Giải rút gọn:

a) Phản ứng hạt nhân:

b) Bảo toàn số khối của phương trình 1:

Bảo toàn điện tích của phương trình 1: 92+0= Z_X

X là đồng vị của uranium

Bảo toàn số khối của phương trình 2:

Bảo toàn điện tích của phương trình 2:

II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

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

Giải rút gọn:

Để tách được các nucleon ra khỏi hạt nhân cần một năng lượng lớn vì các nucleon liên kết với nhau bởi lực hạt nhân mạnh. Để tách được các nucleon ra khỏi hạt nhân, cần phải cung cấp đủ năng lượng để thắng được lực hạt nhân mạnh.Năng lượng này được gọi là năng lượng liên kết hạt nhân. 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.

Giải rút gọn:

Mối liên hệ giữa độ bền vững của hạt nhân và năng lượng liên kết riêng: 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.

Giải rút gọn:

a) Hai hạt nhân bền vững nhất là : .

b) Năm hạt nhân nhẹ (A 30) là:

Bốn hạt nhân nặng (A160) là:

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

Giải rút gọn:

Độ hụt khối của hạt nhân oxygen là:

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

Giải rút gọn:

a) Năng lượng liên kết của hạt nhân  là: 

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là: 

MeV

b) Hệ số chuyển đổi giữa các đơn vị amu và MeV/c² là: 

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.

Giải rút gọn:

- 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:

+ Hạt nhân uranium: Uranium có nhiều đồng vị, trong đó đồng vị uranium-235 (235U) dễ bị phân hạch bởi neutron.

+ Quá trình phân hạch của hạt nhân này là dùng neutron nhiệt (động năng nhỏ hơn 0,1 eV)  bắn vào.Kết quả cho thấy hạt nhân vỡ thành hai hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn. (có một số neutron được giải phóng)

+ 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.

Giải rút gọn:

- 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.

Giải rút gọn:

Ta có: nguyên tử

Năng lượng toả ra khi phân hạch hoàn toàn 1000 g là 

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.

Giải rút gọn:

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.

- Ở nhiệt độ cao, các hạt nhân 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.

Giải rút gọn:

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.

Giải rút gọn:

- 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, ví dụ: phản ứng cộng, phản ứng thế, phản ứng phân hủy, phản ứng tổng hợp... 

+ Năng lượng: Cung cấp năng lượng cho phản ứng hóa học xảy ra, ví dụ: nhiệt độ, ánh sáng, chất xúc tác... 

+ Điều kiện phản ứng: Tạo điều kiện thích hợp cho phản ứng hóa học xảy ra hiệu quả, ví dụ: nồng độ, dung môi, thời gian... 

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

+Về hiệu suất:Lượng nhiên liệu hạt nhân nhỏ có thể tạo ra lượng năng lượng lớn.

+ Độ sạch: 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.

- Độ ổn định: Cung cấp nguồn năng lượng ổn định, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.

- 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: Cho rằng vạn vật được tạo ra bởi một đấng tối cao, hay thần linh. Có nhiều tôn giáo và tín ngưỡng khác nhau trên thế giới với những câu chuyện riêng về sự sáng tạo của thần linh. 

+ Giả thuyết khoa học: Dựa trên các nghiên cứu khoa học và lý thuyết vật lý để giải thích nguồn gốc của vũ trụ và vạn vật. 

- Giả thuyết kết hợp: Kết hợp cả yếu tố thần tạo và khoa học để giải thích nguồn gốc vạn vật. Cho rằng thần linh đã sử dụng các quy luật khoa học để tạo ra vũ trụ và vạn vật.