Slide bài giảng Vật lí 12 Cánh diều bài 2: Năng lượng hạt nhân

Tóm lược nội dung

BÀI 2: NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Các proton mang điện tích dương nên đẩy nhau theo định luật Coulomb. Nguyên nhân nào khiến các proton và neutron vẫn có thể liên kết chặt chẽ với nhau trong hạt nhân?

Trả lời rút gọn: 

Các proton và neutron liên kết chặt chẽ trong hạt nhân do chúng hút nhau bởi lực hạt nhân rất mạnh.

I. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN

Luyện tập 1. Cho biết khối lượng của hạt nhân là 11,99993 u. Sử dụng số liệu trong bảng 1.1 trang 92, tính độ hụt khối của hạt nhân .

Bảng 1.1. Khối lượng của các nucleon và hạt nhân tính theo amu

Trả lời rút gọn: 

Độ hụt khối:

=> (amu)

Câu 1: Tính 1 MeV/c² ra đơn vị kilogam.

Trả lời rút gọn: 

Ta có: E = mc²

=>

Luyện tập 2: Tính năng lượng liên kết của hạt nhân ra đơn vị MeV và đơn vị J.

Trả lời rút gọn: 

(amu)

=

Câu 3: Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân .

Trả lời rút gọn: 

Năng lượng liên kết riêng:

Câu 2: Dựa vào Hình 2.3, sắp xếp các hạt nhân sau theo thứ tự độ bền vững tăng dần: 

.

Trả lời rút gọn: 

Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

Độ bền vững theo thứ tự tăng dần:

Câu 4: Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng bằng 8,8 MeV/nucleon là một trong những hạt nhân bền vững nhất trong tự nhiên. Tính độ hụt khối của hạt nhân này. 

Trả lời rút gọn: 

Ta có:

=>

II. SỰ PHÂN HẠCH VÀ SỰ TỔNG HỢP HẠT NHÂN 

Vận dụng 1: Năng lượng toả ra khi 1,000 kg bị phân hạch hoàn toàn theo phản ứng trong Hình 2.4 tương đương với năng lượng toả ra khi đốt cháy bao nhiêu tấn than đá?

Cho biết: khối lượng mol nguyên tử của uranium là 235,0439 g/mol; số Avogadro N_A = 6,02.10²³ nguyên tử/mol.

Mỗi kg than đá khi đốt cháy hoàn toàn toả ra 27.10⁶ J năng lượng nhiệt.

Trả lời rút gọn: 

1 phản ứng phân hạch của hạt nhân như trong Hình 2.4 tỏa ra năng lượng xấp xỉ bằng 173 MeV. 

Đổi 1000kg = 10⁶g

Số mol của lượng trên là: =4254,52 mol.

Số hạt nhân tương ứng: 

Lượng năng lượng khi phân hạch 1000kg là:

A =

Số kg than đá cần thiết là:

III. CÔNG NGHIỆP HẠT NHÂN

Luyện tập 5: Arktika là tàu phá băng chạy bằng năng lượng hạt nhân của Nga. Với chiều dài 173 m, cao 15m, tàu được trang bị hai lò phản ứng hạt nhân, mỗi lò có công suất 175 MW, giúp tàu phá lớp băng dày đến 3 m.

Nếu lò phản ứng này sử dụng năng lượng từ sự phân hạch của , mỗi phân hạch sinh ra trung bình 203 MeV; tính khối lượng mà lò phản ứng tiêu thụ trong 1 ngày. Cho Avogadro N_A=6,02.10 nguyên tử/mol và khối lượng mol nguyên tử của U là 235 g/mol.

Hình 2.8. Hình ảnh tàu phá băng hạt nhân Arktika được in trên con tem bưu chính của Nga.

Trả lời rút gọn: 

Công mà mỗi lò phản ứng hạt nhân của tàu đó tạo ra trong một ngày: 

Công mà một phản ứng phân hạch tạo ra:

Số hạt nhân cần thiết cho một lò trong một ngày là:

Số mol cần thiết cho cả 2 lò:

Khối lượng cần thiết cho cả 2 lò để tàu hoạt động trong một ngày là:

Vận dụng 2: Tìm tài liệu như tranh ảnh, bài báo,... và dựa vào các tài liệu đó thảo luận với bạn về vai trò của một số ngành công nghiệp hạt nhân trong khoa học và đời sống. 

Trả lời rút gọn: 

Ngành công nghiệp hạt nhân đóng vai trò quan trọng trong khoa học và đời sống. Trong y tế, nó được sử dụng để chẩn đoán và điều trị ung thư. Trong lĩnh vực năng lượng, công nghệ hạt nhân được áp dụng để phát điện và nghiên cứu năng lượng mới. Các ứng dụng trong khoa học bao gồm nghiên cứu vật lý hạt nhân và các lĩnh vực nghiên cứu khác. Hạt nhân cũng đóng vai trò trong xử lý chất thải và giảm lượng khí thải carbon. Tuy nhiên, cần chú ý đến các vấn đề liên quan đến an toàn và bảo vệ môi trường.