Để thành thạo bài tập về năng lượng phản ứng hạt nhân

Chúng tôi xin giới thiệu với bạn đọc các bước để thành thạo bài tập về năng lượng phản ứng hạt nhân nhằm giúp các bạn học tốt hơn môn vật lý lớp 12

  1. Định lý cosin trong tam giác và các công thức vecto cần nhớ để giúp ích cho bài tập về năng lượng phản ứng hạt nhân

2. Độ hụt khối, năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng trong bài tập về năng lượng phản ứng hạt nhân

  1. a) Độ hụt khối: 

- Hạt nhân do các nuclon liên kết lại với nhau mà thành.

- Khi các nuclon tồn tại riêng rẽ, tổng khối lượng của chúng là , thì khi chúng liên kết lại thành hạt nhân khối lượng m, người ta thấy rằng m < m0. Hiệu  được gọi là độ hụt khối hạt nhân.

b) Năng lượng liên kết: 

- Vì m < m0 nên theo hệ thức Anhxtanh khi các nuclon liên kết lại thành hạt nhân thì có 1 năng lượng  tỏa ra.

- Ngược lại, khi muốn phá vỡ một hạt nhân thành các nuclon riêng rẽ, phải tốn 1 năng lượng đúng bằng  để thắng lực liên kết giữa các nuclon.

- Vì vậy  được gọi là năng lượng liên kết của hạt nhân.

c) Năng lượng liên kết riêng:        

- Wlk tính cho cả A nuclon, nếu tính cho một nuclon ta có  và ε được gọi là năng lượng liên kết riêng.

- Hạt nhân nào có  càng lớn thì càng bền vững.

- Thực tế cho thấy hạt nhân có năng lượng liên kết riêng lớn nhất vào khoảng 8,8 MeV/nuclon.

- Những hạt nhân có số khối A nằm trong khoảng từ 50 đến 95 có thể coi là bền hơn so với các hạt nhân khác.

  1. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân áp dụng trong bài tập về năng lượng phản ứng hạt nhân

- Phương trình phản ứng hạt nhân: 

a) Định luật bảo toàn số khối: 

b) Định luật bảo toàn điện tích: 

c) Định luật bảo toàn số động lượng: 

+ Công thức tính động lượng: 

+ Công thức tính động năng:

+ Mối liên hệ giữa động lượng và động năng: 

d) Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: 

 > 0: Phản ứng tỏa năng lượng

 < 0: Phản ứng thu năng lượng

- Các công thức hay sử dụng để tính toán năng lượng phản ứng hạt nhân.

- Với các bài tập thuộc về phản ứng hạt nhân, các bấy bì chỉ cấn áp dụng 4 định luật trên và các công thức vectơ được liệt kê ở đầu bài là có thể giải quyết gần như 99,9% nhé.

- Ví dụ 1 về bài tập liên quan đến năng lượng phản ứng hạt nhân: Một nơtron có động năng 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây ra phản ứng . Cho mn = 1,0086u, mX = 3,016u, mHe = 4,0016u, mLi = 6,00808u. Biết hạt nhân He bay ra vuông góc với hạt nhân X. Động năng của hạt nhân X và He lần lượt là.

Bài giải.

- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối, ta suy ra được X là:  (triti, 1 đồng vị của hidro)

- Phương trình phản ứng hạt nhân là: 

- Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có:

                                     

- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:

Từ (1) và (2) suy ra: 

- Ví dụ 2 về bài tập liên quan đến năng lượng phản ứng hạt nhân: Bắn hạt proton với động năng 1,46 MeV vào hạt nhân  đứng yên tạo ra 2 hạt nhân giống nhau có cùng khối lượng và cùng động năng. Cho mLi = 7,0142u, mp = 1,0073u, mX = 4,0015u, 1u = 931,5 MeV/c2. Hai hạt sau phản ứng có vecto vận tốc hợp với nhau 1 góc là

Bài giải:

- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối, ta suy ra được X là: 

- Phương trình phản ứng: 

- Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần ta có:

- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: