نمونه سوال فیزیک در مورد هسته واکنش‌های همجوشی، انرژی اتصال اتمی

۹ نمونه سوال فیزیک هسته‌ای در مورد واکنش‌های همجوشی و انرژی اتصال اتمی

۱. واکنش همجوشی هسته‌ای زیر را مشاهده کنید:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ +E
اگر توده ₁H² جرم = ۲.۰۱۴ آمو ₁H³ = ۳.۰۱۶ amu، جرم ذره α = ۴.۰۰۲۶ amu و جرم نوترون = ۱.۰۰۸۴ amu، آنگاه انرژی تولید شده برابر است با…. (۱ amu معادل ۹۳۱ MeV است)
الف. 18,62 مگا الکترون ولت
ب. 17,69 مگا الکترون ولت
ج. 16,76 مگا الکترون ولت
د. ۱.۰۲ مگا الکترون ولت
ه. ۱.۴۷ مگا الکترون ولت
پمباهاسان
جرم واکنش دهنده ها و فرآورده ها:
جرم واکنش دهنده (m_{واکنش‌دهنده‌ها}) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
جرم محصول (متر مکعب)_{محصولات}) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
جرم از دست رفته در طول واکنش:
Δm = متر_{واکنش‌دهنده‌ها} - متر_{محصولات}
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
جرم از دست رفته در یک واکنش همجوشی 0,019 amu است.
۱ آمو معادل ۹۳۱ مگا الکترون ولت انرژی است. ۰.۰۱۹ آمو معادل ۰.۰۱۹ × ۹۳۱ مگا الکترون ولت = ۱۷.۶۸۹ مگا الکترون ولت = ۱۷.۶۹ مگا الکترون ولت است.
جواب صحیح B است.

۲. به واکنش‌های هسته‌ای زیر توجه کنید!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + انرژی
اگر جرم هسته مشخص باشد:
₆C¹³ = ۲.۰۱۴۱۰ اسما
₁H² = ۲.۰۱۴۱۰ اسما
₆C¹⁴ = ۲.۰۱۴۱۰ اسما
₁H¹ = ۲.۰۱۴۱۰ اسما
اگر جرمی به اندازه ۱ آمو معادل انرژی ۹۳۱ مگا الکترون ولت باشد، آنگاه انرژی که در واکنش هسته‌ای رخ می‌دهد...
الف. 5.5860 مگا الکترون ولت
ب. 6.1446 مگا الکترون ولت
ج. 6.1412 مگا الکترون ولت
د. ۱.۰۲ مگا الکترون ولت
ه. ۱.۴۷ مگا الکترون ولت
پمباهاسان
جرم واکنش دهنده ها و فرآورده ها:
جرم واکنش دهنده (m_{واکنش‌دهنده‌ها}) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
جرم محصول (متر مکعب)_{محصولات}) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
جرم از دست رفته در طول واکنش:
Δm = واکنش‌دهنده – mفرآورده
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
جرم از دست رفته در واکنش هسته‌ای 0,0066 آمو است.
۱ آمو معادل ۹۳۱ مگا الکترون ولت انرژی است. ۰.۰۰۶۶ آمو معادل ۰.۰۰۶۶ × ۹۳۱ مگا الکترون ولت = ۶.۱۴۴۶ مگا الکترون ولت انرژی است.
جواب صحیح B است.

۳. به واکنش همجوشی زیر توجه کنید!
معلوم است که:
Massa ₁H¹ = ۲.۰۱۴۱۰ اسما
Massa ₁d² = ۲.۰۱۴۱۰ اسما
جرم = 0,00055 آمو
۱ آمو = ۹۳۱ مگا الکترون ولت
مقدار E (انرژی تولید شده) در واکنش همجوشی ...

الف. 0,44 مگا الکترون ولت
ب. 0,88 مگا الکترون ولت
ج. 0,98 مگا الکترون ولت
د. ۱.۰۲ مگا الکترون ولت
ه. ۱.۴۷ مگا الکترون ولت

پمباهاسان

جرم واکنش دهنده ها و فرآورده ها :
جرم واکنش دهنده (m_{واکنش‌دهنده‌ها}) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
جرم محصول (متر مکعب)_{محصولات}) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
جرم از دست رفته در طول واکنش :
Δm = متر_{واکنش‌دهنده‌ها} - متر_{محصولات}
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
جرم از دست رفته در یک واکنش همجوشی 0,00095 amu است.

۱ sma معادل است با انرژی تا ۹۳۱ مگا الکترون ولت. ۰.۰۰۰۹۵ آمو معادل انرژی ۰.۰۰۰۹۵ × ۹۳۱ مگا الکترون ولت = ۰.۸۸۴۴۵ مگا الکترون ولت است.
جواب صحیح B است.

اطلاعات:
آمو = واحد جرم اتمی
MeV = مگا الکترون ولت (واحد انرژی).

۴. جرم هسته ₄Be⁹ = 9,0121 amu، جرم پروتون = 1,0078 amu و جرم نوترون 1,0086 amu. اگر 1 amu معادل انرژی 931 MeV باشد، آنگاه انرژی اتصال اتمی برابر است با ₄Be⁹ است…

الف. 51,39 مگا الکترون ولت
ب. 57,82 مگا الکترون ولت
ج. 62,10 مگا الکترون ولت
د. ۱.۰۲ مگا الکترون ولت
ه. ۱.۴۷ مگا الکترون ولت

پمباهاسان
جرم یک اتم با مجموع جرم پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌هایی که اتم را تشکیل می‌دهند برابر نیست. هنگامی که پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌ها برای تشکیل یک اتم واکنش می‌دهند، اتم حاصل جرمی کمتر از مجموع تمام جرم‌های پروتون‌ها، الکترون‌ها و نوترون‌های تشکیل‌دهنده اتم دارد. دلیل این امر از دست رفتن مقداری جرم است. جرم از دست رفته معادل انرژی آزاد شده در طول فرآیند تشکیل اتم است. برعکس، برای تجزیه اتم تا زمانی که پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌های تشکیل‌دهنده اتم از یکدیگر جدا شوند، انرژی برابر با انرژی آزاد شده در طول فرآیند تشکیل اتم لازم است. این مقدار انرژی برابر است با انرژی اتصال اتمی.

شناخته شده است :
تعداد پروتون‌ها = ۹۲
تعداد نوترون‌ها = ۲۳۸ – ۹۲ = ۱۴۶
جرم هسته ₄Be⁹ = ۲.۰۱۴۱۰ اسما
جرم پروتون = ۱.۰۰۷۸ آمو
جرم نوترون = 1,0086 amu
۱ آمو معادل انرژی ۹۳۱ مگا الکترون ولت است.
پرسیده شد انرژی اتصال اتمی ₄Be⁹
جواب :

جرم پروتون‌ها و نوترون‌ها :
جرم همه پروتون‌ها = ۴ ضربدر ۱.۰۰۷۸ amu = ۴.۰۳۱۲ amu
جرم همه نوترون‌ها = ۵ ضربدر ۱.۰۰۸۶ amu = ۵.۰۴۳ amu  
جرم پروتون و نوترون = ۴.۰۳۱۲ amu + ۵.۰۴۳ amu = ۹.۰۷۴۲ amu
مفقود شدن دسته جمعی :
جرم پروتون‌ها و نوترون‌ها – جرم هسته = ۹.۰۷۴۲ amu – ۹.۰۱۲۱ amu = ۰.۰۶۲۱ amu
انرژی آزاد شده = انرژی اتصال اتمی :
۰.۰۶۲۱ آمو ضربدر ۹۳۱ مگا الکترون ولت = ۵۷.۸۲ مگا الکترون ولت
جواب صحیح B است.

شرح: sma = واحد جرم اتمی، sMeV = مگا الکترون ولت (واحد انرژی)

۵. هسته اتم اورانیوم ₉₂U²³⁸ جرم پروتون (m²) = 238,0508 amu_p) = 1,0078 amu. جرم نوترون (m_n) = 1.0086 sma. (1 sma = 931 MeV) آنگاه انرژی اتصال یک اتم اورانیوم برابر است با ₉₂U²³⁸ است…

الف. 9271,76 مگا الکترون ولت
ب. 2830,50 مگا الکترون ولت
ج. 2399,73 مگا الکترون ولت
د. ۱.۰۲ مگا الکترون ولت
ه. ۱.۴۷ مگا الکترون ولت

پمباهاسان
شناخته شده است :
تعداد پروتون‌ها = ۹۲
تعداد نوترون‌ها = ۲۳۸ – ۹۲ = ۱۴۶
جرم هسته = ۲۳۸.۰۵۰۸ آمو
جرم پروتون = ۱.۰۰۷۸ آمو
جرم نوترون = 1.0086 amu
پرسیده شد انرژی اتصال اتمی ₄Be⁹
جواب :
جرم پروتون‌ها و نوترون‌ها :
جرم همه پروتون‌ها = ۴ ضربدر ۱.۰۰۷۸ amu = ۴.۰۳۱۲ amu
جرم همه نوترون‌ها = ۵ ضربدر ۱.۰۰۸۶ amu = ۵.۰۴۳ amu 
جرم پروتون و نوترون = ۹۲.۷۱۷۶ amu + ۱۴۷.۲۵۵۶ amu = ۲.۰۱۴۱۰ اسما
مفقود شدن دسته جمعی :
جرم پروتون‌ها و نوترون‌ها – جرم هسته = ۲۳۹.۹۷۳۲ amu – ۲۳۸.۰۵۰۸ amu = ۱.۹۲۲۴ amu
انرژی آزاد شده = انرژی اتصال اتمی :
۰.۰۶۲۱ آمو ضربدر ۹۳۱ مگا الکترون ولت = ۵۷.۸۲ مگا الکترون ولت
پاسخ صحیح E است.

۶. فواید رادیوایزوتوپ‌ها در زندگی عبارتند از:
(1) به عنوان ردیاب نشتی لوله
(2) به عنوان جایگزین ابزارهای جراحی
(3) مواد نگهدارنده غذا
(4) غذا را به سرعت گرم می‌کند
عبارت صحیح این است…
الف. (1)، (2) و (3)
ب. (1)، (2) و (4)
ج. (2)، (3) و (4)
د. (1) و (3)
ه. (2) و (4)
پمباهاسان
جواب صحیح D است.

۷. اظهارات زیر:
(1) پرتودرمانی
(2) اندازه‌گیری محتوای آب خاک
(3) به عنوان ردیاب
(4) تعیین سن فسیل‌ها
کاربرد رادیوایزوتوپ‌ها در حوزه سلامت ...
الف. (1). (2)، (3) و (4)
ب. (1)، (2) و (3)
ج. (1) و (3)
د. (2) و (4)
ه. (4)
پمباهاسان
جواب صحیح C است.

۸. رادیوایزوتوپ C-14 می‌تواند برای… استفاده شود.
الف) تشخیص عملکرد غده تیروئید
ب. دانستن اثربخشی کار قلب
ج. کشتن سلول‌های سرطانی
د. تشخیص جعل سرامیک
ه. تعیین سن فسیل‌ها
پمباهاسان
پاسخ صحیح E است.

۹. رادیوایزوتوپ ید-۱۳۱ توسط انسان‌ها برای ... استفاده می‌شود.
الف) تشخیص غدد تیروئید
ب. تشخیص بیماری استخوانی
ج. کشتن سلول‌های سرطانی
د. تعیین سن فسیل‌ها
ه. بازرسی مواد بدون آسیب رساندن به آنها
پمباهاسان
جواب صحیح الف است.

منبع سوال:

سوالات فیزیک آزمون سراسری برای دبیرستان/هنرستان فنی و حرفه ای