Tailieumoi.vn giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Phản ứng nhiệt hạch lớp 12.

Bài giảng Vật lí 12 Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch

Giải bài tập Vật Lí Lớp 12 Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 200 SGK Vật Lí 12: Hãy tìm ra kết quả này dựa vào các số liệu cho trong bảng ở cuối sách (SGK)

Lời giải:

${}_1^{2}H+{}_1^{3}H\to {}_2^{4}He+{}_0^{1}n$

Khối lượng tỏa ra khi tổng hợp 1 hạt nhân $\alpha$ là:

MD = 2,012345u; mT = 3,0155u

$\begin{array}{rl}& m_{\alpha }=4,0015u;m_n=1,00866u\\ & \mathrm{W}=\left(m_D+m_T-m_{\alpha }-m_n\right).c^2\\ & =\left(2,012345u+3,0155u-4,0015u-1,00866\right).c^2\\ & =0,01879.c^2=0,1879.1,{66055.10}^{-27}.9{.10}^{16}\\ & =0,{2808.10}^{-11}\\ & =\frac{0,{2808.10}^{-11}}{1,{6.10}^{-19}}ev=0,{1755.10}^{8}eV=17,55\left(MeV\right)\end{array}$

Câu hỏi và bài tập (trang 203 SGK Vật Lí 12)

Bài 1 trang 203 SGK Vật Lí 12: Hãy nêu lên các điều kiện để phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra.

Lời giải:

Các điều kiện để phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra là:

+ Nhiệt độ của hỗn hợp phải cỡ 100 triệu độ

+ Mật độ hạt trong khối plasma phải đủ lớn

+ Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao (100 triệu độ) phải đủ lớn.

Bài 2 trang 203 SGK Vật Lí 12: So sánh (định tính) phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch về các đặc điểm:

a) nhiên liệu phản ứng;

b) điều kiện thực hiện;

c) năng lượng tỏa ra ứng với cùng một khối lượng nhiên liệu;

d) ô nhiễm môi trường.

Lời giải:

a) Nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch dồi dào hơn.

b) Điều kiện thực hiện phản ứng nhiệt hạch khó khăn hơn (nhiệt độ rất cao).

c) Với cùng một khối nhiên liệu thì năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn nhiều so với phản ứng phân hạch.

d) Ô nhiễm môi trường tái sản phẩm cuối cùng của phản ứng nhiệt hạch không có tính phóng xạ nên không gây ô nhiễm môi trường.

Bài 3 trang 203 SGK Vật Lí 12: Trên một số sao người ta tìm thấy các hạt nhân cacbon có vai trò xuất phát điểm của một chuỗi phản ứng tổng hợp (được gọi là chi trình CNO). Hãy hoàn chỉnh các phản ứng đó.

1. ${}_6^{12}\text{C}$ + ? → ${}_7^{13}\text{N}$

2. ${}_7^{13}\text{N}$ → ${}_6^{13}\text{C}$ + ?

3. ${}_6^{13}\text{C}$ + ? → ${}_7^{14}\text{N}$

4. ${}_7^{14}\text{N}$ + ? → ${}_8^{15}\text{O}$

5. ${}_8^{15}\text{O}$ → ${}_7^{15}\text{N}$ + ?

6. ${}_7^{15}\text{N}$ + ${}_1^1\text{H}$ → ${}_6^{12}\text{C}$ + ?

Phương pháp giải:

${}_{Z_1}^{A_1}A{+}_{Z_2}^{A_2}B{\to }_{Z_3}^{A_3}C{+}_{Z_4}^{A_4}D$

Sử dụng định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclon (bảo toàn số A)

$\{\begin{array}{l}{Z}_1+Z_2=Z_3+Z_4\\ A_1+A_2=A_3+A_4\end{array}$

Lời giải:

1. ${}_6^{12}C{+}_Z^{A}X{\to }_7^{13}N$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

$\{\begin{array}{l}6+Z_X=7\\ 12+A_X=13\end{array}\Rightarrow \{\begin{array}{l}{Z}_X=1\\ A_X=1\end{array}$

$\Rightarrow X$ là ${}_1^{1}H$

Viết lại phương trình phản ứng: ${}_6^{12}C{+}_1^{1}H{\to }_7^{13}N$

2. ${}_7^{13}N{\to }_6^{7}C{+}_Z^{A}Y$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

$\{\begin{array}{l}7=6+Z_Y\\ 13=13+A_X\end{array}\Rightarrow \{\begin{array}{l}{Z}_Y=1\\ A_Y=0\end{array}$

$\Rightarrow Y$ là ${}_1^{0}e$

Viết lại phương trình phản ứng: ${}_7^{13}N{\to }_6^{7}C{+}_1^{0}e$

3. ${}_6^{13}C{+}_Z^{A}M{\to }_7^{14}N$

 Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

$\{\begin{array}{l}6+Z_M=7\\ 13+A_M=14\end{array}\Rightarrow \{\begin{array}{l}{Z}_M=1\\ A_M=1\end{array}$

$\Rightarrow M$ là ${}_1^{1}H$

Viết lại phương trình phản ứng: ${}_6^{13}C{+}_1^{1}H{\to }_7^{14}N$

4. ${}_7^{14}N{+}_Z^{A}B{\to }_8^{15}O$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

$\{\begin{array}{l}7+Z_B=8\\ 14+A_B=15\end{array}\Rightarrow \{\begin{array}{l}{Z}_B=1\\ A_B=1\end{array}$

$\Rightarrow B$ là ${}_1^{1}H$

Viết lại phương trình phản ứng: ${}_7^{14}N{+}_1^{1}H{\to }_8^{15}O$

5. ${}_8^{15}O{\to }_7^{15}N{+}_Z^{A}E$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

$\{\begin{array}{l}8=7+Z_E\\ 15=15+A_E\end{array}\Rightarrow \{\begin{array}{l}{Z}_E=1\\ A_E=0\end{array}$

$\Rightarrow E$ là ${}_1^{0}e$

 Viết lại phương trình phản ứng: ${}_8^{15}O{\to }_7^{15}N{+}_1^{0}e$

6. ${}_7^{15}N{+}_1^{1}H{\to }_6^{12}C{+}_Z^{A}F$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

$\{\begin{array}{l}7+1=6+Z_F\\ 15+1=12+A_F\end{array}\Rightarrow \{\begin{array}{l}{Z}_F=2\\ A_F=4\end{array}$

$\Rightarrow F$ là ${}_2^{4}He$

 Viết lại phương trình phản ứng: ${}_7^{15}N{+}_1^{1}H{\to }_6^{12}C{+}_2^{4}He$

Bài 4 trang 203 SGK Vật Lí 12: Xét phản ứng.

${}_1^2\text{H}$ + ${}_1^2\text{H}$ → ${}_2^3\text{He}$ + ${}_0^1\text{n}$

a) Xác định năng lượng tỏa ra bởi phản ứng đó (tính ra MeV và ra J)

b) Tính khối lượng đơteri cần thiết để có thể thu được năng lượng nhiệt hạch tương đương với năng lượng tỏa ra khi đốt 1kg than.

Cho biết: ${}_1^2\text{H}$ = 2,0135 u

              ${}_2^3\text{He}$ = 3,0149 u 

              ${}_0^1\text{n}$ = 1,0087 u 

Năng lượng tỏa ra khi đốt 1 kg than là 30 000kJ.

Phương pháp giải:

+ Năng lượng toả ra của phản ứng: W = (mtrước – msau)c2

+ Công thức liên hệ giữa khối lượng và số hạt: $N=\frac{m}{A}.N_A$

Lời giải:

a) Xét phản ứng: ${}_1^2\text{H}$ + ${}_1^2\text{H}$ → ${}_2^3\text{He}$ + ${}_0^1\text{n}$

Năng lượng toả ra bởi phản ứng: 

$\begin{array}{rl}& W_{toa}=\left(m_H+m_H-m_{He}-m_n\right){\mathrm{c}}^2\\ & =\left(2,0135u+2,0135u-3,0149u-1,0087u\right){\mathrm{c}}^2\\ & {\mathrm{W}}_{toa}=3,4.10^{-3}.931,5MeV\\ & =3,1671MeV=3,1671.1,{6.10}^{-13}J\\ & \approx 5,{07.10}^{-13}J\end{array}$

b) Mỗi phản ứng cần 2 hạt nhân ${}_1^{2}H$ và cho ra 1 hạt ${}_2^{3}He$

Đốt 1kg than cho 3.107 J, tương đương với năng lượng tỏa ra bởi N hạt ${}_2^{3}He$:

$N=\frac{{3.10}^7}{{5,07.10}^{-13}}=5,{917.10}^{19}$

Mỗi phản ứng cần 2 hạt nhân ${}_1^{2}H$ => số hạt ${}_1^{2}H$ tổng cộng cần dùng là: $N_H=2N=2.5,{917.10}^{19}=1,{1834.10}^{20}$

=> Khối lượng hạt nhân ${}_1^{2}H$ tổng cộng cần dùng là: $m_H=\frac{N_{H}A}{N_A}=\frac{{1,1834.10}^{20}.2}{{6,02.10}^{23}}=3,{93.10}^{-4}g$

        $=39,{3.10}^{-8}kg$

Phương pháp giải bài tập phân hạch - nhiệt hạch