Ekzemplo de fizika demando pri la kerno de fuziaj reakcioj, atomliga energio

9 ekzemploj de nukleafizikaj demandoj pri fuziaj reakcioj kaj atomliga energio

1. Observu la jenan nuklean fuzioreakcion:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ +E
Se la maso ₁H² = 2,014 amu, maso ₁H³ = 3,016 amu, maso de α-partiklo = 4,0026 amu kaj maso de neŭtrono = 1,0084 amu, tiam la produktita energio estas…. (1 amu egalas al 931 MeV)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
16,76 MeV
D. 15,73 MeV
E. 14,89 MeV
Diskuto
Maso de reakciantoj kaj produktoj:
Maso de reakcianto (m_reakciantoj) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
Produkta maso (m²)_produkto) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
Maso perdita dum la reakcio:
Δm = m_reakciantoj - m_produkto
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
La maso perdita en fuzia reakcio estas 0,019 amu.
1 amu estas ekvivalenta al 931 MeV da energio. 0,019 amu estas ekvivalenta al 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV.
La ĝusta respondo estas B.

2. Atentu la jenajn nukleajn reakciojn!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energio
Se la maso de la nukleo estas konata:
₆C¹³ = 13,0033 sma
₁H² = 2,0141 sma
₆C¹⁴ = 14,0030 sma
₁H¹ = 1,0078 sma
Se maso de 1 amu egalas al energio de 931 MeV, tiam la energio, kiu okazas en la nuklea reakcio, estas...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
6.1412 MeV
D. 6.2320 MeV
E. 6.2377 MeV
Diskuto
Maso de reakciantoj kaj produktoj:
Maso de reakcianto (m_reakciantoj) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
Produkta maso (m²)_produkto) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
Maso perdita dum la reakcio:
Δm = reakcianto – mprodukto
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
La maso perdita en la nuklea reakcio estas 0,0066 amu.
1 amu estas ekvivalenta al 931 MeV da energio. 0,0066 amu estas ekvivalenta al 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV da energio.
La ĝusta respondo estas B.

3. Atentu la jenan fuzian reakcion!
Estas konate, ke:
Maso ₁H¹ = 1,0078 sma
Maso ₁d² = 2,01410 sma
Maso = 0,00055 amu
1 amu = 931 MeV
La valoro de E (energio produktita) en la fuzia reakcio estas…

A. 0,44 MeV
B. 0,88 MeV
0,98 MeV
D. 1,02 MeV
E. 1,47 MeV

Diskuto

Maso de reakciantoj kaj produktoj :
Maso de reakcianto (m_reakciantoj) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
Produkta maso (m²)_produkto) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
Maso perdita dum la reakcio :
Δm = m_reakciantoj - m_produkto
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
La maso perdita en fuzia reakcio estas 0,00095 amu.

1 sma estas ekvivalenta al energio tiom multe kiom 931 MeV. 0,00095 amu egalas al energio de 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV.
La ĝusta respondo estas B.

Informoj:
Amu = atommasa unuo
MeV = megaelektronvolto (unuo de energio).

4. La nuklea maso _de 4Be9 = ^{9,0121 amu, la protona maso = 1,0078 amu kaj la neŭtrona maso = 1,0086 amu .} Se 1 amu egalas al energio de 931 MeV, tiam la liga energio de la _4Be9 atomo estas…

A. 51,39 MeV
B. 57,82 MeV
62,10 MeV
D. 90,12 MeV
E. 90,74 MeV

Diskuto
La maso de atomo ne egalas al la kombinita maso de la protonoj, neŭtronoj kaj elektronoj, kiuj konsistigas la atomon. Kiam protonoj, neŭtronoj kaj elektronoj reagas por formi atomon, la rezulta atomo havas mason malpli ol la sumo de ĉiuj masoj de la protonoj, elektronoj kaj neŭtronoj, kiuj konsistigas la atomon. Ĉi tio estas ĉar iom da maso perdiĝas. La perdita maso estas ekvivalenta al la energio liberigita dum la formiĝoprocezo de la atomo. Male, necesas energio egala al la energio liberigita dum la formiĝoprocezo de la atomo por disigi la atomon ĝis la protonoj, neŭtronoj kaj elektronoj, kiuj konsistigas la atomon, estas apartigitaj unu de la alia. Ĉi tiu kvanto da energio egalas al atomliga energio.

Estas konate :
Nombro da protonoj = 4
Nombro de neŭtronoj = 9 – 4 = 5
Kerna maso ₄Be⁹ = 9,0121 sma
Protona maso = 1,0078 amu
Neŭtrona maso = 1,0086 amu
1 amu estas ekvivalenta al energio de 931 MeV
Demandita Atoma ligada energio ₄Be⁹
Jawab :

Maso de protonoj kaj neŭtronoj :
Maso de ĉiuj protonoj = 4 x 1,0078 amu = 4,0312 amu
Maso de ĉiuj neŭtronoj = 5 x 1,0086 amu = 5,043 amu  
Maso de protono kaj neŭtrono = 4,0312 amu + 5,043 amu = 9,0742 amu
Amasa malapero :
Maso de protonoj kaj neŭtronoj - maso de nukleo = 9,0742 amu - 9,0121 amu = 0,0621 amu
Energio liberigita = atomliga energio :
0,0621 amu × 931 MeV = 57,82 MeV
La ĝusta respondo estas B.

Priskribo: sma = atommasa unuo, sMeV = megaelektronVolto (energiunuo)

5. Atomkerno de uranio _{92U238 =} ^238,0508 uma. Protona maso (m _p ) = 1,0078 uma. Neŭtrona maso (m _n ) = 1.0086 uma. (1 amu = 931 MeV) tiam la liga energio de uranio _92U238 ^atomo estas …

A. 9271,76 MeV
B. 2830,50 MeV
2399,73 MeV
D. 1922,24 MeV
E. 1789,75 MeV

Diskuto
Estas konate :
Nombro da protonoj = 92
Nombro de neŭtronoj = 238 – 92 = 146
Kerna maso = 238,0508 amu
Protona maso = 1,0078 amu
Neŭtrona maso = 1.0086 amu
Demandita Atoma ligada energio ₄Be⁹
Jawab :
Maso de protonoj kaj neŭtronoj :
Maso de ĉiuj protonoj = 92 x 1,0078 amu = 92,7176 amu
Maso de ĉiuj neŭtronoj = 146 x 1,0086 amu = 147,2556 amu 
Maso de protono kaj neŭtrono = 92,7176 amu + 147,2556 amu = 239,9732 sma
Amasa malapero :
maso de protonoj kaj neŭtronoj – maso de nukleo = 239,9732 amu – 238,0508 amu = 1,9224 amu
Energio liberigita = atomliga energio :
1,9224 amu × 931 MeV = 1789,75 MeV
La ĝusta respondo estas E.

6. La avantaĝoj de radioizotopoj en la vivo inkluzivas:
(1) kiel spurilo de tubaj likoj
(2) kiel anstataŭaĵo por kirurgiaj instrumentoj
(3) manĝaĵkonservaĵoj
(4) Varmigas manĝaĵon rapide
La ĝusta aserto estas…
A. (1), (2) kaj (3)
B. (1), (2) kaj (4)
C. (2), (3) kaj (4)
D. (1) kaj (3)
E. (2) kaj (4)
Diskuto
La ĝusta respondo estas D.

7. La jenaj deklaroj:
(1) radioterapio
(2) mezurado de grunda akvoenhavo
(3) kiel spurilo
(4) determini la aĝon de fosilioj
La uzo de radioizotopoj en la sanservo estas...
A. (1). (2), (3) kaj (4)
B. (1), (2) kaj (3)
C. (1) kaj (3)
D. (2) kaj (4)
E. (4)
Diskuto
La ĝusta respondo estas C.

8. La radioizotopo C-14 povas esti uzata por….
A. detektado de la funkcio de la tiroida glando
B. sciante la efikecon de la laboro de la koro
C. mortigi kancerajn ĉelojn
D. detektado de ceramika falsigado
E. determini la aĝon de fosilioj
Diskuto
La ĝusta respondo estas E.

9. La radioizotopo jodo-131 estas uzata de homoj por….
A. detektado de tiroidaj glandoj
B. detekti ostmalsanon
C. mortigi kancerajn ĉelojn
D. determini la aĝon de fosilioj
E. inspekti materialojn sen difekti ilin
Diskuto
La ĝusta respondo estas A.

Fonto de demando:

Nacia Ekzameno Fizikaj Demandoj por Gimnazio/Metia Gimnazio