NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT VÀ NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

671
lượt xem 119
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo về năng lượng liên kết của hạt nhân và phản ứng hạt nhân

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT VÀ NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nêu được những đặc tính của lực hạt nhân. - Viết được hệ thức Anh-xtanh. - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của độ hụt khối lượng của hạt nhân. - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của năng lượng liên kết của hạt nhân. - Sử dụng các bảng đã cho trong Sgk, tính được năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của một hạt nhân. - Phát biểu được định nghĩa phản ứng hạt nhân và nêu được các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân. - Phát biểu được và nêu được ví dụ về phản ứng hạt nhân. - Viết biểu thức năng lượng của một phản ứng hạt nhân và nêu được điều kiện của phản ứng hạt nhân trong các trường hợp: toả năng lượng và thu năng lượng. II.HOẠT ĐỘNG 1. Tìm hiểu về lực hạt nhân GV HS Kiến thức cơ bản - Các hạt nhân bền vững, vậy lực nào - HS ghi nhận lực hạt nhân. I. Lực hạt nhân đã liên kết các nuclôn lại với nhau. - Lực tương tác giữa các - Thông báo về lực hạt nhân. nuclôn gọi là lực hạt nhân - Lực hạt nhân có phải là lực tĩnh - Không, vì lực hạt nhân là lực (tương tác hạt nhân hay điện? hút giữa các nuclôn, hay nói tương tác mạnh). cách cách nó không phụ thuộc - Kết luận: vào điện tích. + Lực hạt nhân là một loại - Lực hạt nhân có phải là lực hấp - Không, vì lực này khá nhỏ lực mới truyền tương tác dẫn? (cỡ 12,963.10-35N), không thể giữa các nuclôn trong hạt → Lực hạt nhân không cùng bản chất tạo thành liên kết bền vững. nhân, còn gọi là lực tương với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn. tác mạnh. → Nó là một lực mới truyền tương + Lực hạt nhân chỉ phát tác giữa các nuclôn → lực tương tác huy tác dụng trong phạm mạnh. vi kích thước hạt nhân (10- 15 - Chỉ phát huy tác dụng trong phạm - Nếu khoảng cách giữa các m) vi kích thước hạt nhân nghĩa là gì? nuclôn lớn hơn kích thước hạt nhân thì lực hạt nhân giảm nhanh xuống không. 2.Tìm hiểu về năng lượng liên kết của hạt nhân GV HS Kiến thức cơ bản 4 - Xét hạt nhân 2 He có khối lượng - Tổng khối lượng các nuclôn II. Năng lượng liên kết 4 4 tạo thành hạt nhân 2 He : của hạt nhân m( 2 He ) = 4,0015u với tổng khối 1. Độ hụt khối lượng của các nuclôn? 2mp + 2mn = 2.1,00728 + 2.1,00866 = 4,03188u - Khối lượng của một hạt → Có nhận xét gì về kết quả tìm 4 nhân luôn luôn nhỏ hơn được? 2mp + 2mn > m( 2 He ) tổng khối lượng của các → Tính chất này là tổng quát đối với nuclôn tạo thành hạt nhân mọi hạt nhân. đó. - Độ chênh lệch khối 4 4 - Độ hụt khối của hạt nhân 2 He ? Δm = 2mp + 2mn - m( 2 He ) lượng đó gọi là độ hụt khối = 4,03188 - 4,0015 của hạt nhân, kí hiệu Δm = 0,03038u Δm = Zmp + (A – Z)mn A – m( Z X ) 2 4 2 - Xét hạt nhân 2 He , muốn chuyển hệ (2mp + 2mn)c - m( 2 He ) c 4 2. Năng lượng liên kết từ trạng thái 1 sang trạng thái 2, cần - Năng lượng liên kết: Trang 1/6
cung cấp cho hệ năng lượng để thắng Elk = [2mp + 2mn - m( 2 He )]c2 4 Elk = ⎡Zmp + ( A − Z )mn − m( Z X)⎤ c2 A ⎣ ⎦ lực liên kết giữa các nuclôn, giá trị tối = Δm.c2 thiểu của năng lượng cần cung cấp? Hay Elk = Δmc 2 → năng lượng liên kết. 4 - Trong trường hợp 2 He , nếu trạng - Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính thái ban đầu gồm các nuclôn riêng lẻ bằng tích của độ hụt khối 4 → hạt nhân 2 He → toả năng lượng của hạt nhân với thừa số c2. đúng bằng năng lượng liên kết Elk → quá trình hạt nhân toả năng lượng. 3. Năng lượng liên kết riêng - Mức độ bền vững của một hạt nhân - Năng lượng liên kết riêng, không những phụ thuộc vào năng - Hạt nhân có số khối A → có A nuclôn → năng lượng liên E lượng liên kết mà còn phụ thuộc vào kí hiệu lk , là thương số số nuclôn của hạt nhân → Năng kết tính cho 1 nuclôn: A lượng liên kết tính cho 1 nuclôn? Elk giữa năng lượng liên kết . Elk và số nuclôn A. - Hạt nhân có năng lượng liên kết A riêng càng lớn chứng tỏ hạt nhân đó - Càng bền vững. - Năng lượng liên kết riêng như thế nào? đặc trưng cho mức độ bền E vững của hạt nhân. - Các hạt nhân bền vững nhất có lk A lớn nhất vào cỡ 8,8MeV/nuclôn, là những hạt nhân nằm ở khoảng giữa của bảng tuần hoàn (50 < A < 95) 3.Tìm hiểu về phản ứng hạt nhân GV HS Kiến thức cơ bản - Y/c HS đọc Sgk và cho biết như thế - Là quá trình các hạt nhân III. Phản ứng hạt nhân nào là phản ứng hạt nhân? tương tác với nhau và biến đổi 1. Định nghĩa và đặc tính thành hạt nhân khác. - Phản ứng hạt nhân là quá - Chia làm 2 loại. trình biến đổi của các hạt nhân. a. Phản ứng hạt nhân tự phát - Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác. b. Phản ứng hạt nhân kích thích - Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. - Y/c HS tìm hiểu các đặc tính của - HS ghi nhận các đặc tính. - Đặc tính: phản ứng hạt nhân dựa vào bảng 36.1 + Biến đổi các hạt nhân. + Biến đổi các nguyên tố. + Không bảo toàn khối lượng nghỉ. - Y/c Hs đọc Sgk và nêu các định luật - HS đọc Sgk và ghi nhận các 2. Các định luật bảo toàn bảo toàn trong phản ứng hạt nhân. đặc tính. trong phản ứng hạt nhân Ví dụ: Xét phản ứng hạt nhân: - Bảo toàn điện tích: a. Bảo toàn điện tích. A1 A A + Z 2 B = Z 3 X + A4 Y A Z1 + Z2 = Z3 + Z4 b. Boả toàn số nuclôn (bảo Z Z 1 2 3 4 (Các Z có thể âm) toàn số A). - Bảo toàn số khối A: c. Bảo toàn năng lượng - Lưu ý: Không có định luật bảo toàn A1 + A2 = A3 + A4 toàn phần. khối lượng nghỉ mà chỉ có bảo toàn (Các A luôn không âm) d. Bảo toàn động lượng. Trang 2/6
năng lượng toàn phần trong phản ứng 3. Năng lượng phản ứng hạt nhân. hạt nhân - Muốn thực hiện một phản ứng hạt - Phải cung cấp cho hệ một - Phản ứng hạt nhân có thể nhân thu năng lượng chúng ta cần năng lượng đủ lớn. toả năng lượng hoặc thu làm gì? năng lượng. Q = (mtrước - msau)c2 + Nếu Q > 0→ phản ứng toả năng lượng: - Nếu Q < 0 → phản ứng thu năng lượng: PHÓNG XẠ I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nêu được hạt nhân phóng xạ là gì. - Viết được phản ứng phóng xạ α, β-, β+. - Nêu được các đặc tính cơ bản của quá trình phóng xạ. - Viết được hệ thức của định luật phóng xạ. Định nghĩa được chu kì bán rã và hằng số phân rã. - Nêu được một số ứng dụng của các đồng vị phóng xạ. II. HOẠT ĐỘNG 1.Tìm hiểu về hiện tượng phóng xạ GV HS Kiến thức cơ bản I. Hiện tượng phóng xạ - Thông báo định nghĩa phóng xạ. - HS ghi nhận định nghĩa hiện 1. Định nghĩa (Sgk) tượng phóng xạ. - Y/c HS đọc Sgk và nêu những dạng - HS nêu 4 dạng phóng xạ: α, 2. Các dạng phóng xạ phóng xạ. β-, β+. γ. a. Phóng xạ α Z A X → A − 4Y + 2 He Z −2 4 Dạng rút gọn: - Bản chất của phóng xạ α và tính - HS nêu bản chất và tính Z A X ⎯⎯ A − 4Y α → Z −2 chất của nó? chất. - Tia α là dòng hạt nhân 4 226 - Hạt nhân 88 Ra phóng xạ α → viết 226 88 222 4 Ra → 86 Rn + 2 He 2 He chuyển động với vận phương trình? Hoặc: 226 Ra ⎯⎯ 222 R n α → 86 tốc 2.107m/s. Đi được 88 chừng vài cm trong không khí và chừng vài μm trong vật rắn. - - Bản chất của phóng xạ β là gì? - HS đọc Sgk để trình bày. b. Phóng xạ β- - Thực chất trong phóng xạ β- kèm - Tia β- là dòng êlectron 0 0 theo phản hạt của nơtrino ( 0ν ) có ( −1 e ) khối lượng rất nhỏ, không mang điện, A Z 0 0 X → Z +A1Y + −1 e + 0ν chuyển động với tốc độ ≈ c. Dạng rút gọn: Cụ thể: 01 n → 1 p + −1 e + 0ν 1 0 0 A β− X ⎯⎯ Z +A1Y → 14 Z - Hạt nhân 14C phóng xạ β- → viết 6 6 C → 14 N + −1 e + 0ν 7 0 0 − phương trình? Hoặc: 14C ⎯⎯ 14 N β → 7 6 - Bản chất của phóng xạ β+ là gì? - HS đọc Sgk để trình bày. c. Phóng xạ β+ - Thực chất trong phóng xạ β+ kèm - Tia β+ là dòng pôzitron 0 0 theo hạt nơtrino ( 0ν ) có khối lượng ( 1e ) rất nhỏ, không mang điện, chuyển A 0 0 X → Z −A1Y + 1 e + 0ν Z động với tốc độ ≈ c. Dạng rút gọn: Cụ thể: 1 p → 01n + 1 e + 0ν 1 0 0 Trang 3/6
- Hạt nhân 12 N phóng xạ β+ → viết 12 N → 12C + 1 e + 0ν 0 0 + A β 7 7 6 Z X ⎯⎯ Z −A1Y → phương trình? Hoặc: 12 N ⎯⎯ 12C β+ → 6 - + * Tia β và β chuyển động 7 - Tia β- và β+ có tính chất gì? - HS nêu các tính chất của tia với tốc độ ≈ c, truyền được β- và β+. vài mét trong không khí và - Trong phóng xạ β- và β+, hạt nhân vài mm trong kim loại. con sinh ra ở trạng thái kích thích → d. Phóng xạ γ trạng thái có mức năng lượng thấp E2 – E1 = hf hơn và phát ra bức xạ điện từ γ, còn - Phóng xạ γ là phóng xạ đi gọi là tia γ. kèm phóng xạ β- và β+. - Tia γ đi được vài mét trong bêtông và vài cm trong chì. 2.Tìm hiểu về định luật phóng xạ GV HS Kiến thức cơ bản II. Định luật phóng xạ - Y/c HS đọc Sgk và nêu các đặc tính - HS đọc Sgk để trả lời. 1. Đặc tính của quá trình của quá trình phóng xạ. phóng xạ a. Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân. b. Có tính tự phát và không điều khiển được. c. Là một quá trình ngẫu nhiên. - Gọi N là số hạt nhân ở thời điểm t. 2. Định luật phân rã phóng Tại thời điểm t + dt → số hạt nhân xạ còn lại N + dN với dN < 0. - Xét một mẫu phóng xạ → Số hạt nhân phân rã trong thời Là -dN ban đầu. gian dt là bao nhiêu? + N0 sô hạt nhân ban đầu. → Số hạt nhân đã phân huỷ -dN tỉ lệ - Khoảng thời gian dt và với + N số hạt nhân còn lại sau với đại lượng nào? số hạt nhân N trong mẫu thời gian t. phóng xạ: -dN = λNdt N = N 0 e−λt - Gọi N0 là số hạt nhân của mẫu dN Trong đó λ là một hằng số phóng xạ tồn tại ở thời điểm t = 0 → = −λ dt N dương gọi là hằng số phân muốn tìm số hạt nhân N tồn tại lúc t > N t rã, đặc trưng cho chất dN 0 → ta phải làm gì? ∫ N 0 = − ∫ λ dt phóng xạ đang xét. → ln | N | NN = −λ t 0t N0 0 → ln|N| - ln|N0| = -λt |N| → ln = −λ t → N = N 0 e − λ t | N0 | - Chu kì bán rã là gì? - HS đọc Sgk để trả lời và ghi 3. Chu kì bán rã (T) N nhận công thức xác định chu - Chu kì bán rã là thời gian 1 N = 0 = N 0 e − λT → e − λT = kì bán rã. qua đó số lượng các hạt 2 2 nhân còn lại 50% (nghĩa là ln 2 0, 693 phân rã 50%). → λT = ln2 → T = = λ λ ln 2 0,693 - Chứng minh rằng, sau thời gian t = - Theo quy luật phân rã: T= = λ λ xT thì số hạt nhân phóng xạ còn lại là N N N = N 0 e− λt = λ0 N = x0 et 2 ln 2 Trong đó, λ = - Lưu ý: sau thời gian t = T xT thì số hạt nhân phóng xạ còn lại là: Trang 4/6
t t N0 → eλ t = (eln 2 ) T = 2 T N= 2x N0 4. Độ phóng xạ (H) - Y/c HS đọc Sgk về độ phóng xạ, và → khi t = xT → N = 2x (Sgk) chứng minh H = H 0 e − λ t PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nêu được phản ứng phân hạch là gì. - Giải thích được (một cách định tính) phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân toả năng lượng. - Lí giải được sự tạo thành phản ứng dây chuyền và nêu điều kiện để có phản ứng dây chuyền. II .HOẠT ĐỘNG 1.Tìm hiểu cơ chế của phản ứng phân hạch GV HS Kiến thức cơ bản - Y/c HS đọc Sgk và cho biết phản - HS đọc Sgk và ghi nhận I. Cơ chế của phản ứng ứng phân hạch là gì? phản ứng phân hạch là gì. phân hạch - Phản ứng hạt nhân có thể tự xảy ra 1. Phản ứng phân hạch là gì? → phản ứng phân hạch tự phát (xác - Là sự vỡ của một hạt suất rất nhỏ). nhân nặng thành 2 hạt - Ta chỉ quan tâm đên các phản ứng nhân trung bình (kèm theo phân hạch kích thích. một vài nơtrôn phát ra). - Quá trình phóng xạ α có phải là - Không, vì hai mảnh vỡ có phân hạch không? khối lượng khác nhau nhiều. 2. Phản ứng phân hạch 235 238 - Xét các phân hạch của 92 U , 92 U , kích thích - HS đọc Sgk, phải truyền cho 239 92 U → chúng là nhiên liệu cơ bản hạt nhân X một năng lượng đủ n + X → X* → Y + Z + kn của công nghiệp hạt nhân. lớn (giá trị tối thiếu của năng (k = 1, 2, 3) - Để phân hạch xảy ra cần phải làm lượng này: năng lượng kích - Quá trình phân hạch của gì? hoạt, cỡ vài MeV), bằng cách X là không trực tiếp mà - Dựa trên sơ đồ phản ứng phân hạch. cho hạt nhân “bắt” một nơtrôn phải qua trạng thái kích - Trạng thái kích thích không bền → trạng thái kích thích (X*). thích X*. vững → xảy ra phân hạch. - Tại sao không dùng prôtôn thay cho - Prôtôn mang điện tích dương nơtrôn? → chịu lực đẩy do các hạt nhân tác dụng. 2.Tìm hiểu năng lượng phân hạch GV HS Kiến thức cơ bản II. Năng lượng phân hạch - Thông báo 2 phản ứng phân hạch - HS ghi nhận hai phản ứng. - Xét các phản ứng phân 235 của U . hạch: 92 1 0 n + 235U → 92 236 92 U* → Y + 138 I + 3 01n 95 39 53 1 0 n + 235U → 92 236 92 U* 139 → 54 Xe + 38 Sr + 2 01n 95 - Thông báo về kết quả các phép toán - HS ghi nhận về phản ứng 1. Phản ứng phân hạch toả chứng tỏ hai phản ứng trên là phản phân hạch toả năng lượng. năng lượng ứng toả năng lượng: năng lượng phân - Phản ứng phân hạch 235 hạch. 92 U là phản ứng phân - 1g 235U khi phân hạch toả năng 1 hạch toả năng lượng, năng 92 E= .6, 022.10 23.212 lượng đó gọi là năng lượng lượng bao nhiêu? 235 Trang 5/6
→ Tương đương 8,5 tấn than hoặc 2 = 5,4.1023MeV = 8,64.107J phân hạch. tấn dầu toả ra khi cháy hết. - Mỗi phân hạch 235U tỏa 92 - Trong phân hạch 235U kèm theo 2,5 - HS ghi nhận về phản ứng năng lượng 212MeV. 92 dây chuyền. 2. Phản ứng phân hạch dây nơtrôn (trung bình) với năng lượng lớn, đối với 239 Pu kèm theo 3 nơtrôn. chuyền 94 - Giả sử sau mỗi phân hạch - Các nơtrôn có thể kích thích các hạt có k nơtrôn được giải nhân → phân hạch mới → tạo thành phóng đến kích thích các phản ứng dây chuyền. hạt nhân 235U tạo nên - Sau n lần phân hạch liên tiếp, số - Sau n lần phân hạch: kn → 92 nơtrôn giải phóng là bao nhiêu và tiếp kích thích kn phân hạch mới. những phân hạch mới. tục kích thích bao nhiêu phân hạch - Sau n lần phân hạch, số mới? nơtrôn giải phóng là kn và - Khi k < 1 → điều gì sẽ xảy ra? - Số phân hạch giảm rất nhanh. kích thích kn phân hạch - Khi k = 1→ điều gì sẽ xảy ra? - Số phân hạch không đổi → mới. (Ứng dụng trong các nhà máy điện năng lượng toả ra không đổi. + Khi k < 1: phản ứng phân nguyên tử) hạch dây chuyền tắt nhanh. - Khi k > 1 → điều gì sẽ xảy ra? - Số phân hạch tăng rất nhanh + Khi k = 1: phản ứng (Xảy ra trong trường hợp nổ bom) → năng lượng toả ra rất lớn → phân hạch dây chuyền tự không thể kiểm soát được, có duy trì, năng lượng phát ra thể gây bùng nổ. không đổi. - Muốn k ≥ 1 cần điều kiện gì? - Khối lượng của chất phân + Khi k > 1: phản ứng hạch phải đủ lớn để số nơtrôn phân hạch dây chuyền tự bị “bắt”