Lý thuyết Phản ứng phân hạch (mới 2024 + Bài Tập) - Vật lí 12

Câu 1. Hạt nhân nào sau đây không thể phân hạch ?

A. ${}_{92}^{235}U.$

B. ${}_{92}^{285}U.$

C. ${}_6^{12}C.$

D. ${}_{94}^{239}Pb.$

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Hạt nhân ${}_6^{12}C.$ không thể phân hạch, vì sự phân hạch thường xảy ra với các hạt nhân nặng.

Câu 2. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về phản ứng phân hạch?

A. Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn.

B. Phản ứng phân hạch kích thích là phản ứng trong đó hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron rồi chuyển sang trạng thái kích thích, sau đó vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn và kèm một vài nơtron.

C. Phản ứng phân hạch xảy ra khi hạt nhân nặng được truyền một năng lượng kích hoạt cỡ vài MeV.

D. Phản ứng phân hạch là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nặng thành một hạt nhân nặng hơn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

A, B, C – đúng vì phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn, trong đó hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron rồi chuyển sang trạng thái kích thích, sau đó vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn và kèm một vài nơtron. Phản ứng phân hạch xảy ra khi hạt nhân nặng được truyền một năng lượng kích hoạt cỡ vài MeV.

D - sai

Câu 3. Gọi k là số nơtron trung bình còn lại sau mỗi phân hạch, thì điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra là

A. k < 1.

B. k = 1.

C. k > 1.

D. k ≥ 1.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

+ k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh.

+ k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, công suất phát ra không đổi theo thời gian.

+ k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, công suất phát ra tăng nhanh và có thể gây nên bùng nổ.

Câu 4. Hãy chọn câu sai. Những điều kiện cần phải có để tạo nên phản ứng hạt nhân dây chuyền là gì?

A. Sau mỗi lần phân hạch, số nơtron trung bình được giải phóng phải lớn hơn hoặc bằng 1 .

B. Lượng nhiên liệu (urani, plutôni) phải đủ lớn (lớn hơn hoặc bằng khối lượng tới hạn) để tạo nên phản ứng dây chuyền.

C. Phải có nguồn tạo ra nơtron.

D. Nhiệt độ phải được đưa lên cao.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

A, B, C – đúng vì để xảy ra phản ứng hạt nhân dây chuyền:

+ Có nguồn tạo ra nơtron sao cho số nơtron trung bình được giải phóng phải ≥ 1

+ Khối lượng tối thiểu của chất phân hạch phải lớn hơn hoặc bằng khối lượng tới hạn, để số nơtron bị bắt nhỏ hơn nhiều so với số nơtron tạo thành.

D – sai vì nhiệt độ không ảnh hưởng đến phản ứng phân hạch.

Câu 5. Chọn đáp án câu sai khi nói về phản ứng phân hạch?

A. Phản ứng phân hạch là phản ứng toả năng lượng.

B. Phản ứng phân hạch là hiện tượng một hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron chậm rồi vỡ thành hai hạt nhân trung bình.

C. Phản ứng phân hạch con người chưa thể kiểm soát được.

D. Phản ứng phân hạch con người có thể kiểm soát được.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Phản ứng phân hạch trong lò phản ứng hạt nhân con người kiểm soát được, với hệ số k = 1, xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và công suất phát ra không đổi theo thời gian.

Câu 6. Hạt nhân ${}_{92}{}^{235}U$ hấp thụ một hạt nơtron sinh ra x hạt α, y hạt β^– và một hạt ${}_{82}{}^{208}Pb$ và 4 hạt nơtron. Hỏi x, y có giá trị nào?

A. x = 6, y = 1.

B. x = 7, y = 2.

C. x = 6, y = 2.

D. x = 2, y = 6.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Phương trình phản ứng hạt nhân:

${}_{92}{}^{235}U+{}_0{}^{1}n\to x{}_2{}^{4}He+y{}_{-1}{}^{0}e+{}_{82}{}^{208}Pb+4{}_0{}^{1}n$

Bảo toàn số nuclon: 235 + 1 = 4x + 0.y + 208 +4 $\Rightarrow x=6$

Bảo toàn điện tích: 92 + 0 = 2x – 1.y + 82 +4.0 $\Rightarrow 2\text{x}-y=10\Rightarrow y=2.6-10=2$.

Câu 7. Chọn đáp án câu sai. Phản ứng phân hạch dây chuyền

A. là phản ứng phân hạch xảy ra liên tiếp do các hạt nhân nặng hấp thụ các nơtron sinh ra từ các phân hạch trước đó.

B. luôn kiểm soát được.

C. xảy ra khi số nơtron trung bình nhận được sau mỗi phân hạch lớn hơn 1.

D. xảy ra khi số nơtron trung bình nhận được sau mỗi phân hạch bằng 1.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

A, B, D – đúng

C – sai vì phản ứng phân hạch dây chuyền khi k ≥ 1 không kiểm soát được, ví dụ bom nguyên tử; con người chỉ kiểm soát được phản ứng phân hạch với k = 1.

Câu 8. Cho phản ứng phân hạch ${}_0^{1}n{+}_{92}^{235}U{\to }_{39}^{94}Y{+}_{?}^{140}I+x\left({}_0^{1}n\right)$. Hoàn thành phản ứng phân hạch trên?

A. ${}_0^{1}n{+}_{92}^{235}U{\to }_{39}^{94}Y{+}_{50}^{140}I+2\left({}_0^{1}n\right)$.

B. ${}_0^{1}n{+}_{92}^{235}U{\to }_{39}^{94}Y{+}_{53}^{140}I+1\left({}_0^{1}n\right)$.

C. ${}_0^{1}n{+}_{92}^{235}U{\to }_{39}^{94}Y{+}_{53}^{140}I+2\left({}_0^{1}n\right)$.

D. ${}_0^{1}n{+}_{92}^{235}U{\to }_{39}^{94}Y{+}_{50}^{140}I+1\left({}_0^{1}n\right)$.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Áp dụng các định luật bảo toàn cho phản ứng hạt nhân:

+ Định luật bảo toàn số nuclon: $1+235=94+140+x.1\Rightarrow x=2$

+ Định luật bảo toàn điện tích: $0+92=39+?+x.0\Rightarrow ?=53$

Từ đó xác định được: ${}_0^{1}n{+}_{92}^{235}U{\to }_{39}^{94}Y{+}_{53}^{140}I+2\left({}_0^{1}n\right)$

Câu 9. Sự phân hạch của hạt nhân urani ${}_{92}{}^{235}U$khi hấp thụ một nơtron chậm xảy ra theo nhiều cách. Một trong các cách đó được cho bởi phương trình ${}_{92}{}^{235}U+{}_0{}^{1}n\stackrel{}{\to }{}_{54}{}^{140}Xe+{}_{38}{}^{94}Sr+k{}_0{}^{1}n.$ Số nơtron được tạo ra trong phản ứng này là

A. k = 3.

B. k = 6.

C. k = 4.

D. k = 2

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Bảo toàn số khối: 235 + 1 = 140 + 94 + k.1 $\Rightarrow k=2$.

Câu 10. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về phản ứng phân hạch?

A. Urani phân hạch có thể tạo ra trung bình 2,5 nơtron.

B. Urani phân hạch khi hấp thụ nơtron chuyển động nhanh.

C. Urani phân hạch toả ra năng lượng rất lớn.

D. Urani phân hạch vỡ ra thành hai hạt nhân có số khối từ 80 đến 160.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

A – đúng vì sự phân hạch của một hạt nhân ${}^{235}U$ có kèm theo sự giải phóng 2,5 nơ tron (tính trung bình) với năng lượng lớn.

B – sai vì Urani phân hạch khi hấp thụ nơtron chậm và vỡ ra thành hai hạt nhân có số khối trung bình từ 80 – 160, có thể tạo ra vài nơtron thứ cấp, đồng thời tỏa ra một năng lượng lớn cỡ 200 MeV.

Câu 11. Sự phân hạch là sự vỡ một hạt nhân nặng

A. một cách tự phát thành nhiều hạt nhân nhẹ hơn.

B. thành hai hạt nhân nhẹ hơn do hấp thụ một nơtron.

C. thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron, sau khi hấp thụ một nơtron chậm.

D. thành hai hạt nhân nhẹ hơn một cách tự phát.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Sự phân hạch là sự vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron, sau khi hấp thụ một nơtron chậm.

Câu 12. Một hạt nhân ²³⁵U phân hạch toả năng lượng 200 MeV. Tính khối lượng Urani tiêu thụ trong 24 giờ bởi một nhà máy điện nguyên tử có công suất 5000 kW. Biết hiệu suất nhà máy là 17%.

A. 61 g.

B. 21 g.

C. 31 g.

D. 41 g.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

+ Ta có lượng năng lượng nhà máy tiêu thụ trong 24 h là:

$W=\frac{\text{P\hspace{0.17em}}t}{H}=\frac{{5.10}^6\mathrm{.24.3600}}{0,17}=2,{54.10}^{12}\left(J\right)=1,{588.10}^{25}MeV.$

+ Năng lượng tỏa ra khi xảy ra một phản ứng phân hạch là 200 MeV.

+ Số phản ứng phân hạch Urani:

$n=\frac{1,{588.10}^{25}}{200}=7,{94.10}^{22}$ (phản ứng)

+ Mỗi phản ứng phân hạch tương ứng với 1 hạt nhân Urani, nên khối lượng urani tiêu thụ trong 24 h bằng: $m=\frac{n}{N_A}.M_U=\frac{7,{94.10}^{22}}{6,{02.10}^{23}}.235\approx 31g$

Câu 13. Chọn câu đúng.

Phần năng lượng giải phóng trong phân hạch là

A. động năng của các nơtron phát ra.

B. động năng các mảnh.

C. năng lượng tỏa ra do phóng xạ của các mảnh.

D. năng lượng các photon của tia γ

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Phần lớn năng lượng giải phóng trong phân hạch là động năng của các mảnh.

Câu 14. Một trong các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng là: ${}_0{}^{1}n+{}_{92}{}^{235}U\stackrel{}{\to }{}_{92}{}^{236}U\stackrel{}{\to }{}_{57}{}^{143}La+{}_{35}{}^{87}Br+m.{}_0{}^{1}n$ với m là số nơtron, m bằng:

A. 4.

B. 6.

C. 8.

D. 10.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclôn: $m=236-143-87=6.$

Câu 15. Trong lò phản ứng phân hạch ${}^{235}U$, bên cạnh các thanh nhiên liệu còn có các thanh điều khiển B, Cd. Mục đích chính của các thanh điều khiển là

A. làm giảm số nơtron trong lò phản ứng bằng hấp thụ.

B. làm cho các nơtron có trong lò chạy chậm lại.

C. ngăn cản các phản ứng giải phóng thêm nơtron.

D. A và C đúng.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Trong lò phản ứng phân hạch ${}^{235}U$, bên cạnh các thanh nhiên liệu còn có các thanh điều khiển B, Cd. Mục đích chính của các thanh điều khiển là hấp thụ nơtron khi số notron tăng quá nhiều, để luôn giữ k = 1.

Câu 16. Phản ứng phân hạch ${}^{235}U$ dùng trong lò phản ứng hạt nhân và cả trong bom nguyên tử. Tìm sự khác biệt căn bản giữa lò phản ứng và bom nguyên tử.

A. Số nơtron được giải phóng trong mỗi phản ứng phân hạch ở bom nguyên tử nhiều hơn ở lò phản ứng.

B. Năng lượng trung bình được mỗi nguyên tử urani giải phóng ra ở bom nguyên tử nhiều hơn ở lò phản ứng.

C. Trong lò phản ứng số nơtron có thể gây ra phản ứng phân hạch tiếp theo được khống chế.

D. Trong lò phản ứng số nơtron cần để gây phản ứng phân hạch tiếp theo thì nhỏ hơn ở bom nguyên tử.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

+ Bom nguyên tử là phản ứng phân hạch không điều khiển được, năng lượng tỏa ra rất lớn.

+ Trong lò phản ứng số nơtron luôn được kiểm soát sau mỗi phản ứng phân hạch.

Câu 17. Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani ²³⁵U năng lượng trung bình toả ra khi phân chia một hạt nhân là 200 MeV. Khi 1 kg ²³⁵U phân hạch hoàn toàn thì toả ra năng lượng là

A. 8,21.10¹³ J.

B. 4,11.10¹³ J.

C. 5,25.10¹³ J.

D. 6,23.10²¹ J.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Trong một 1kg (1000 g) ²³⁵U có $N=\frac{m}{M_U}.N_A=2,{56.10}^{24}$hạt nhân.

Mỗi hạt nhân sẽ tạo thành một phản ứng phân hạch.

$\Rightarrow$Năng lượng tỏa ra là $\text{W}=N.200=5,{12.10}^{26}MeV=8,{2.10}^{13}J$.

Câu 18. Một phăn ứng phân hạch hạt nhân ²³⁵U trong lò phản ứng sẽ tỏa ra năng lượng 200 MeV. Nếu phân hạch 1 (g) ²³⁵U thì năng lượng tỏa ra bằng bao nhiêu. Cho N_A = 6,01.10²³/mol

A. 5,013.10²⁵ MeV.

B. 5,123.10²³ MeV.

C. 5,123.10²⁴ MeV.

D. 5,123.10²⁵ MeV.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Trong một 1 g ²³⁵U có $N=\frac{m}{M_U}.N_A=2,{56.10}^{21}$ hạt nhân.

Mỗi hạt nhân sẽ tạo thành một phản ứng phân hạch.

$\Rightarrow$ Năng lượng tỏa ra là $\text{W}=N.200=5,{12.10}^{23}MeV=8,{2.10}^{10}J$.

Câu 19. Cho phản ứng phân hạch ²³⁵U: $n+{}_{92}{}^{235}U\stackrel{}{\to }{}_{56}{}^{144}Ba+{}_{36}{}^{89}Kr+3n+200MeV.$ Biết 1u = 931 MeV/c². Độ hụt khối của phản ứng bằng

A. 0,3148u.

B. 0,2148u.

C. 0,2848u.

D. 0,2248u.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Một phản ứng phân hạch tỏa ra năng lượng 200 MeV.

Độ hụt khối $\Delta m=\frac{\Delta E}{c^2}=\frac{200}{931}=0,2148u$.

Câu 20. Trong phản ứng phân hạch hạt nhân Urani ²³⁵U năng lượng trung bình toả ra khi phân chia một hạt nhân là 200 MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu Urani, có công suất 500000 kW, hiệu suất là 20%. Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani là bao nhiêu? Coi 1 năm có 365 ngày.

A. 961 kg.

B. 1121 kg.

C. 1352,5 kg.

D. 1421 kg.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Năng lượng nhà máy tiêu thụ trong 1 năm là:

$W=\frac{\text{P\hspace{0.17em}}t}{H}=\frac{{5.10}^8\mathrm{.365.86400}}{0,2}=7,{884.10}^{16}J=4,{9275.10}^{29}MeV$

+ Năng lượng tỏa ra khi xảy ra một phản ứng phân hạch là 200 MeV.

+ Số phản ứng phân hạch Urani:

$n=\frac{4,{9275.10}^{29}}{200}=2,{464.10}^{27}$ (phản ứng)

+ Mỗi phản ứng phân hạch tương ứng với 1 hạt nhân Urani, nên khối lượng urani tiêu thụ trong 1 năm bằng:

$m=\frac{n}{N_A}.M_U=\frac{2,{464.10}^{27}}{6,{02.10}^{23}}.235\approx 961,9kg$

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 12 đầy đủ, chi tiết khác: