Câu 9.16 trang 58 sách bài tập Vật lý 12 Nâng cao: Cho phản ứng hạt nhân...

Cho phản ứng hạt nhân

$\eqalign{ & {}_5^{10}B + X \to \alpha + {}_4^8Be\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1) \cr & {}_{11}^{23}Na + p \to X + {}_{10}^{20}Ne\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2) \cr & {}_{17}^{37}Cl + X \to n + {}_{18}^{37}{\rm{Ar}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(3) \cr}$

a) Hãy viết đầy đủ các phản ứng đó. Cho biết tên gọi, số khối và số thứ tự của các hạt X

b) Trong các phản ứng (2), (3) phản ứng nào thuộc loại tỏa năng lượng ? Phản ứng nào thuộc loại thu năng lượng ? Hãy tìm năng lượng tỏa ra hoăc thu vào của các phản ứng đó (tính ra eV). Cho biết khối lượng hạt nhân:

$\eqalign{  & {m_{Na}} = 22,983734\,\,u;\,\,\,\,\,\,\,{m_{{\rm{Ar}}}} = 36,956889\,\,u  \cr  & {m_{Cl}} = 36,956563\,\,u;\,\,\,\,\,\,\,{m_p} = 1,007276\,\,u  \cr  & {m_{He}} = 4,001506\,\,u;\,\,\,\,\,\,\,{m_{Ne}} = 19,986950\,\,u;\cr&{m_n} = 1,008670\,\,u \cr}$

a) Đối với phản ứng (1):

            ${}_5^{10}B + {}_Z^AX \to {}_2^4He + {}_4^8Be$

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

            $\eqalign{  & 10 + A = 4 + 8 \Rightarrow A = 2  \cr  & 5 + Z = 2 + 4 \Rightarrow Z = 1 \cr}$

Vậy X là hạt nhân đơteri ${}_1^2D$

- Tương tự với phản ứng (2), ta lại có: A = 4; Z = 2

Vậy X là hạt $\alpha$, hay hạt nhân ${}_2^4He$

- Tương tự với phản ứng (3), ta lại có: A = 1; Z = 1

Vậy X là hạt prôtôn ${}_1^1H$

b) Xét phản ứng (2), ta có:

            $\eqalign{  {\rm{W}} &= \left[ {{m_{Na}} + {m_p} - {m_{He}} + {m_{Ne}}} \right]{c^2}  \cr  & = 0,002554u.{c^2} = 0,002554.931\cr& \approx 2,38MeV > 0 \cr}$

Đây là phản ứng tỏa năng lượng.

Xét phản ứng (3), ta có:

            $\eqalign{ {\rm{W}} &= \left[ {{m_{Cl}} + {m_p} - {m_n} + {m_{Ar}}} \right]{c^2}  \cr  & =  - 0,001720u.{c^2} =  - 0,001720.931 \cr&\approx  - 1,6MeV < 0 \cr}$

Đây là phản ứng thu năng lượng.