Vật lí 12 Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch được THPT Ngô Thì Nhậm biên soạn hy vọng sẽ là là tài liệu hữu ích giúp các em nắm vững kiến thức bài học và đạt kết quả tốt trong các bài thi, bài kiểm tra trên lớp.
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 39
1. Cơ chế của phản ứng nhiệt hạch
a. Phản ứng nhiệt hạch là gì?
− Phản ứng nhiệt hạch là quá trình trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ ( A≤10A≤10 ) hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.
Ví dụ: 21H+31H→42He+10n12H+13H→24He+01n .
Phản ứng trên toả năng lượng Qtỏa = 17,6MeV
b. Điều kiện thực hiện
– Nhiệt độ phải tăng lên đến cỡ trăm triệu độ.
– Mật độ hạt nhân trong plasma (n) phải đủ lớn.
– Thời gian duy trì trạng thái plasma (ττ) phải đủ lớn.
2. Năng lượng nhiệt hạch
– Năng lượng toả ra bởi các phản ứng nhiệt hạch được gọi là năng lượng nhiệt hạch.
– Năng lượng nhiệt hạch trên Trái Đất với những ưu việt: không gây ô nhiễm (sạch) và nguyên liệu dồi dào sẽ là nguồn năng lượng của thế kỉ XXI.
– Thực tế chỉ quan tâm đến phản ứng trong đó các hạt nhân hiđrô tổng hợp thành hạt nhân hêli
11H+31H→42He;21H+21He→42He11H+13H→24He; 12H+12He→24He
21H+31H→42He+10n12H+13H→24He+01n
– Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp 1 (g) heli gấp 10 lần năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1 (g) urani, gấp 85 lần năng lượng tỏa ra khi đốt 1 tấn than.
3. Phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất
a. Phản ứng nhiệt hạch không điều khiển
Con người đã tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân khi thử bom H. Quá trình nổ của quả bom H xảy ra như sau: Thuốc nổ TNT phát hoả đẩy hai khối uranium chập lại đạt khối lượng tới hạn, tức làm phát nổ quả bom A và đưa nhiệt độ lên hàng chục triệu độ, đủ gây phản ứng nhiệt hạch tức thời cho toàn khối deuterium và tritium. Đây chính là phản ứng nổ tổng hợp nhiệt hạch không điều khiển trong quả bom khinh khí..
b. Phản ứng tổng hợp hạt nhân có điều khiển
– Hiện nay đã sử dụng đến phản ứng: 21H+31H→42He+10n+17,6(MeV)12H+13H→24He+01n+17,6MeV
– Cần tiến hành 2 việc:
+ Đưa tốc độ các hạt lên rất lớn: bằng các cách đưa nhiệt độ lên cao, hoặc dùng máy gia tốc, hoặc dùng chùm laze cực mạnh.
+ “Giam hãm” các hạt nhân đó trong một phạm vi nhỏ hẹp để chúng có thể gặp nhau, bằng các cách: đựng trong một hòn bi thủy tinh đường kính và rọi vào đó chùm tia laze cực mạnh hoặc giam hãm bằng bẫy từ.
Chú ý: Phóng xạ, phân hạch và nhiệt hạch là các phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
Giải bài tập SGK Vật lí 12 Bài 39
Bài 1 (trang 203 SGK Vật Lý 12)
Hãy nêu lên các điều kiện để phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra.
Lời giải:
Điều kiện để phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra là :
– Nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ
– Mật độ hạt nhân trong 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 Lý 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:
So sánh (định tính) phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch
Với phản ứng nhiệt hạch ta thấy :
a. Nhiên liệu cho phản ứng dồi dào, Deteri có sẵn trong thiên nhiên, tức dễ dàng điều chế.
b. Điều kiện thực hiện khó khăn hơn : nhiệt độ rất cao.
c. Năng lượng tỏa ra với cùng một khối lượng nhiên liệu thì lớn hơn : năng lượng tỏa ra khi tổng hợp 1g heli gấp 10 lần năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1g Urani.
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 mỗi trường.
Bài 3 (trang 203 SGK Vật Lý 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 chu trình CNO). Hãy hoàn chỉnh các phản ứng đó.
Lời giải:
Các phản ứng tổng hợp
Bài 4 (trang 203 SGK Vật Lý 12)
Xét phản ứng:
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 1 kg than.
Cho biết:
Năng lượng tỏa ra khi đốt 1 kg than là 30000kJ.
Lời giải:
a) Năng lượng tỏa ra:
W = (mH + mH – mHe – mn).c2 = (2,0135u + 2,0135u – 3,0149u – 1,0087u).c2
= 3,4.10-3.u.c2 = 3,4.10-3.931,5MeV = 3,1671 MeV
= 3,1671.1,6.10-13 J = 5,07.10-13 (J)
b) Mỗi phản ứng cần 2 hạt và cho ra 1 hạt
Đốt 1 kg than cho năng lượng là: E = 3.107J tương đương với năng lượng tỏa ra bởi N phản ứng (cần hết 2N hạt )
Khối lượng đơteri tổng cộng phải cần đến là:
Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 39 có đáp án
Bài 1: Một phản ứng nhiệt hạch xảy ra trên các vì sao là:
– Hạt X trong phương trình là là hạt:
A. Proton
B. Êlectron
C. Nơtron
D. Pôzitron
Lời giải
– Từ phương trình phản ứng:
– Áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích ta tìm được X là hạt Pôzitron (β+).
Chọn đáp án D
Bài 2: X là hạt nhân của nguyên tố nào trong phản ứng hạt nhân:
A. Heli
B. Triti
C. Liti
D. Beri
Lời giải
– Áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích ta tìm được X là hạt Heli.
Chọn đáp án A
Bài 3: Một phản ứng tổng hợp hạt nhân được sử dụng trong bom nhiệt hạch (bom H) là
Năng lượng tỏa ra khi có 10 kg đơtêri tham gia phản ứng nói trên là
A. 2,13.1014 J
B. 2,13.1016 J
C. 1,07.1014 J
D. 1,07.1016 J
Lời giải
– Năng lượng tỏa ra khi có 10 kg đơtêri tham gia phản ứng là:
Chọn đáp án D
Bài 4: Tính năng lượng tỏa ra khi hai hạt nhân tổng hợp thành hạt nhân Biết năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là 1,1 MeV/nuclôn và của là 7 MeV/nuclôn.
A. 11,2 MeV
B. 23,6 MeV
C. 32,3 MeV
D. 18,3 MeV
Lời giải
– Năng lượng liên kết của từng hạt trong phản ứng là:
– Năng lượng tỏa ra là:
Chọn đáp án B
Bài 5: Chọn câu Sai.
A. Nguồn gốc năng lượng mặt trời và các vì sao là do chuỗi liên tiếp các phản ứng nhiệt hạch xảy ra.
B. Trên trái đất con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch: trong quả bom gọi là bom H.
C. Nguồn nhiên liệu để thực hiện phản ứng nhiệt hạch rất rễ kiếm, vì đó là đơteri và triti có sẵn trên núi cao.
D. phản ứng nhiệt hạch có ưu điểm rất lớn là toả ra năng lượng lớn và bảo vệ môi trường tốt vì chất thải rất sạch, không gây ô nhiễm môi trường.
Lời giải
– Triti (ký hiệu T hay 3H) là một đồng vị phóng xạ của hydro. Triti trong tự nhiên cực kỳ hiếm trên Trái Đất, chỉ được tạo thành ở dạng vết khi các bức xạ vũ trụ tương tác với khí quyển.
– Còn đơteri hay còn gọi là hydro nặng, là một đồng vị bền của hydro có mặt phổ biến trong các đại dương của Trái Đất với tỉ lệ khoảng 1 nguyên tử trong 6400 nguyên tử hydro (~156.25 ppm).
Chọn đáp án D
Bài 6: Gọi Q1 nhiệt độ tỏa ra khi thực hiện phản ứng nhiệt hạch của m kg nhiên liệu nhiệt hạch, Q2 là nhiệt lượng tỏa ra khi thực hiện phản ứng phân hạch của m kg nhiên liệu phân hạch . Kết luận nào sau đây là đúng khi so sánh Q1 và Q2.
A. Q1 = Q2
B. Q1 > Q2
C. Q1 < Q2
D. Q1 = ½ Q2
Lời giải
– Trung bình một phản ứng nhiệt hạch cho năng lượng 4-15 MeV nhỏ hơn năng lượng của 1 phẩn ứng phân hạch (khoảng 200MeV) nhưng do số khối của các hạt nhân trong phản ứng nhiệt hạch trung bình là dưới 10, nhỏ hơn nhiều so với hạt nhân trong phân hạch, nên với cùng lượng chất tham gia phản ứng thì năng lượng nhiệt hạch tỏa ra nhiều hơn so với phân hạch. (khi đó số phản ứng nhiệt hạch cao hơn rất nhiều số phản ứng phân hạch.
Chọn đáp án B
Bài 7: Chọn phương án Đúng. Phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch là hai phản ứng hạt nhân trái ngược nhau vì:
A. một phản ứng toả, một phản ứng thu năng lượng.
B. một phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp, phản ứng kia xảy ra ở nhiệt độ cao.
C. một phản ứng là tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn, phản ứng kia là sự phá vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn.
D. một phản ứng diễn biến chậm, phản kia rất nhanh.
Lời giải
– Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành hạt nhân nặng hơn, còn phản ứng phân hạch là sự phá vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn.
Chọn đáp án C
Bài 8: Cho phản ứng hạt nhân:
– Biết độ hụt khối của là ΔmD = 0,0024u, ΔmHe = 0,0505u và 1u = 931,5Mev/c2, NA = 6,022.1023 mol-1.
– Nước trong tự nhiên có chứa 0,015% D2O, nếu toàn bộ được tách ra từ 1kg nước làm nhiên liệu dùng cho phản ứng trên thì toả ra năng lượng là:
A. 3,46.108 KJ
B. 1,73.1010 KJ
C. 3,46.1010 KJ
D. 30,762.106 kJ
Lời giải
– Độ hụt khối:
– Năng lượng một phản ứng toả ra:
– Khối lượng D2O có trong 1000g H2O = 0,015x 1000/100 = 0,15 g.
→Số phân tử D2 chứa trong 0,15 g D2O:
– Năng lượng có thể thu được từ 1 kg nước thường nếu toàn bộ đơtêri thu được đều dùng làm nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch là:
Chọn đáp án D
Bài 9: Phản ứng nhiệt hạch là:
A. sự kết hợp các hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn
B. là sự phân chia một hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nhẹ hơn
C. sự kết hợp các hạt nhân trung bình thành một hạt nhân nặng hơn
D. là sự phân chia một hạt nhân thành hai hạt nhân ở nhiệt độ rất cao
Lời giải
– Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn.
– Thí dụ:
Chọn đáp án A
Bài 10: So với phản ứng phân hạch, phản ứng tổng hợp hạt nhân có ưu điểm là:
A. tạo ra năng lượng lớn hơn nhiều lần với cùng một khối lượng tham gia phản ứng
B. nguồn nhiên liệu có nhiều trong tự nhiên
C. ít gây ô nhiễm môi trường
D. cả A, B và C
Lời giải
– So với phản ứng phân hạch, phản ứng tổng hợp hạt nhân có ưu điểm là:
+ Nguồn nguyên liệu dồi dào.
+ Phân ứng nhiệt hạch không gây ô nhiễm môi trường.
+ Năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn nhiều năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch (xét cùng lượng chất tham gia phản ứng).
– Các nhà khoa học đang tìm cách kiểm soát, điều khiển phản ứng nhiệt hạch tốt hơn để cung cấp cho con người nguồn năng lượng vô tận và sạch hơn nhiều so với năng lượng nguyên tử.
Chọn đáp án D
Bài 11: Tìm phát biểu sai. Điều kiện để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân là:
A. nhiệt độ cao tới hàng chục triệu độ
B. thời gian duy trì nhiệt độ cao phải đủ lớn
C. mật độ hạt nhân phải đủ lớn
D. khối lượng các hạt nhân phải đạt khối lượng tới hạn
Lời giải
– Điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra:
+ Nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ.
+ Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn.
+ Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn.
Chọn đáp án D
Bài 12: Tìm phát biểu sai khi nói về phản ứng nhiệt hạch:
A. Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân do sự kết hợp của hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn
B. Phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng nhỏ hơn nhiều so với phản ứng phân hạch.
C. Phản ứng nhiệt hạch là nguồn năng lượng chính của Mặt Trời.
D. Sự nổ của bôm khinh khí là phản ứng nhiệt hạch kiểm soát được.
Lời giải
– Bom khinh khí nổ là phản ứng nhiệt hạch không kiểm soát được:
Chọn đáp án D
Bài 13: Để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân, cần điều kiện nhiệt độ cao hàng chục triệu độ để:
A. các hạt nhân có động năng lớn, thắng lực đẩy Cu – lông giữa chúng.
B. các hạt nhân có động năng lơn, thắng lực hấp dẫn giữa chúng.
C. các êlectron bứt khỏi nguyên tử
D. phá vỡ hạt nhân của các nguyên tử để chúng thực hiện phản ứng.
Lời giải
– Để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân, cần điều kiện nhiệt độ cao hàng chục triệu độ để các hạt nhân có động năng lớn, thắng lực đẩy Cu – lông giữa chúng.
Chọn đáp án A
Bài 14: Phát biểu nào sau đây sai?
A. Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch đều có nguồn nhiên liệu dồi dào.
B. Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch đều tỏa năng lượng.
C. Với cùng một khối lượng nhiên liệu, năng lượng phản ứng nhiệt hạch tỏa ra cao hơn rất nhiều so với phản ứng phân hạch.
D. Phản ứng nhiệt hạch xảy ra với các hạt nhân nhẹ, còn phản ứng phân hạch xảy ra với các hạt nhân nặng.
Lời giải
– Chỉ có phản ứng nhiệt hạch là có nguồn nhiên liệu dồi dào.
Chọn đáp án A
******************
Bạn đang xem: Vật lí 12 Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch – Giải bài tập SGK Vật lí 12 Bài 39
Trên đây là nội dung bài học Vật lí 12 Bài 4: Dao động tắt dần – Dao động cưỡng bức do THPT Ngô Thì Nhậm biên soạn bao gồm phần lý thuyết, giải bài tập và các câu hỏi trắc nghiệm có đáp án đầy đủ. Hy vọng các em sẽ nắm vững kiến thức về Dao động tắt dần – Dao động cưỡng bức. Chúc các em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong các bài thi bài kiểm tra trên lớp.
Biên soạn bởi: Trường THPT Ngô Thì Nhậm
Chuyên mục: Vật Lý 12
