Példa egy fizikai kérdésre a fúziós reakciók lényegéről, az atomok kötési energiájáról

9 példa magfizikai kérdésekre a fúziós reakciókról és az atomok kötési energiájáról

1. Figyeljük meg a következő magfúziós reakciót:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ + E
Ha a tömeg ₁H² = 2,014 amu tömeg ₁H³ = 3,016 amu, az α-részecske tömege = 4,0026 amu és a neutron tömege = 1,0084 amu, akkor a termelt energia… (1 amu 931 MeV-nek felel meg)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
C. 16,76 MeV
D. 15,73 MeV
E. 14,89 MeV
Vita
A reagensek és termékek tömege:
A reaktáns tömege (m_reagensek) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
Termék tömege (m_produk) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
A reakció során elvesztett tömeg:
Δm = m_reagensek - M_produk
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
A fúziós reakció során elvesztett tömeg 0,019 amu.
1 amu 931 MeV energiának felel meg. 0,019 amu 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV energiának felel meg.
A helyes válasz a B.

2. Figyelj a következő magreakciókra!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energia
Ha az atommag tömege ismert:
₆C¹³ = 13,0033 sma
₁H² = 2,0141 sma
₆C¹⁴ = 14,0030 sma
₁H¹ = 1,0078 sma
Ha 1 amu tömeg 931 MeV energiával egyenértékű, akkor a magreakcióban keletkező energia...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
C. 6.1412 MeV
D. 6.2320 MeV
E. 6.2377 MeV
Vita
A reagensek és termékek tömege:
A reaktáns tömege (m_reagensek) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
Termék tömege (m_produk) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
A reakció során elvesztett tömeg:
Δm = reaktáns – mszorzat
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
A magreakció során elvesztett tömeg 0,0066 amu.
1 amu 931 MeV energiának felel meg. 0,0066 amu 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV energiának felel meg.
A helyes válasz a B.

3. Figyelj a következő fúziós reakcióra!
Köztudott, hogy:
Massa ₁H¹ = 1,0078 sma
Massa ₁d² = 2,01410 sma
Tömeg = 0,00055 amu
1 amu = 931 MeV
Az E (termelt energia) értéke a fúziós reakcióban…

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

Vita

A reagensek és termékek tömege :
A reaktáns tömege (m_reagensek) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
Termék tömege (m_produk) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
A reakció során elvesztett tömeg :
Δm = m_reagensek - M_produk
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
A fúziós reakció során elvesztett tömeg 0,00095 amu.

1 sma egyenértékű energia akár 931 MeV-ig. 0,00095 amu 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV energiának felel meg.
A helyes válasz a B.

Információ:
Amu = atomtömegegység
MeV = megaelektronvolt (energiaegység).

4. Magtömeg ₄Be⁹ = 9,0121 amu, a proton tömege = 1,0078 amu és a neutron tömege 1,0086 amu. Ha 1 amu 931 MeV energiával egyenértékű, akkor az atom kötési energiája: ₄Be⁹ van…

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

Vita
Egy atom tömege nem egyenlő az atomot alkotó protonok, neutronok és elektronok együttes tömegével. Amikor a protonok, neutronok és elektronok reakcióba lépnek egy atom létrehozása érdekében, a keletkező atom tömege kisebb, mint az atomot alkotó protonok, elektronok és neutronok összes tömegének összege. Ez azért van, mert némi tömegveszteség történik. Az elveszett tömeg megegyezik az atom keletkezési folyamata során felszabaduló energiával. Fordítva, az atom széteséséhez, amíg az atomot alkotó protonok, neutronok és elektronok el nem válnak egymástól, annyi energia kell, amennyi az atom keletkezési folyamata során felszabadul. Ez az energiamennyiség egyenlő atomkötési energia.

Ismert :
Protonok száma = 4
Neutronok száma = 9 – 4 = 5
Mag tömeg ₄Be⁹ = 9,0121 sma
Proton tömeg = 1,0078 amu
Neutron tömege = 1,0086 amu
1 amu 931 MeV energiának felel meg
Kérdezte Atomi kötési energia ₄Be⁹
Jawab :

Protonok és neutronok tömege :
Az összes proton tömege = 4 x 1,0078 amu = 4,0312 amu
Az összes neutron tömege = 5 x 1,0086 amu = 5,043 amu  
A proton és a neutron tömege = 4,0312 amu + 5,043 amu = 9,0742 amu
Tömeg hiányzik :
A protonok és neutronok tömege – az atommag tömege = 9,0742 amu – 9,0121 amu = 0,0621 amu
Felszabaduló energia = atom kötési energiája :
0,0621 amu × 931 MeV = 57,82 MeV
A helyes válasz a B.

Leírás: sma = atomtömeg-egység, sMeV = megaelektronvolt (energiaegység)

5. Urán atommag ₉₂U²³⁸ = 238,0508 amu. Proton tömeg (m_p) = 1,0078 amu. A neutron tömege (m_n) = 1.0086 sma. (1 sma = 931 MeV), akkor az uránatom kötési energiája ₉₂U²³⁸ van…

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

Vita
Ismert :
Protonok száma = 92
Neutronok száma = 238 – 92 = 146
Mag tömege = 238,0508 amu
Proton tömeg = 1,0078 amu
Neutron tömege = 1.0086 amu
Kérdezte Atomi kötési energia ₄Be⁹
Jawab :
Protonok és neutronok tömege :
Az összes proton tömege = 92 x 1,0078 amu = 92,7176 amu
Az összes neutron tömege = 146 x 1,0086 amu = 147,2556 amu 
A proton és a neutron tömege = 92,7176 amu + 147,2556 amu = 239,9732 sma
Tömeg hiányzik :
protonok és neutronok tömege – atommag tömege = 239,9732 amu – 238,0508 amu = 1,9224 amu
Felszabaduló energia = atom kötési energiája :
1,9224 amu × 931 MeV = 1789,75 MeV
A helyes válasz az E.

6. A radioizotópok előnyei az életben a következők:
(1) csővezeték-szivárgások nyomjelzőjeként
(2) sebészeti eszközök helyettesítőjeként
(3) élelmiszer-tartósítószerek
(4) Gyorsan felmelegíti az ételt
A helyes állítás a következő…
A. (1), (2) és (3)
B. (1), (2) és (4)
C. (2), (3) és (4)
D. (1) és (3)
E. (2) és (4)
Vita
A helyes válasz a D.

7. A következő állítások:
(1) sugárterápia
(2) a talaj víztartalmának mérése
(3) nyomjelzőként
(4) a fosszíliák korának meghatározása
A radioizotópok egészségügyi felhasználása...
A. (1), (2), (3) és (4)
B. (1), (2) és (3)
C. (1) és (3)
D. (2) és (4)
E. (4)
Vita
A helyes válasz a C.

8. A C-14 radioizotóp felhasználható….
A. a pajzsmirigy működésének kimutatása
B. a szív munkájának hatékonyságának ismerete
C. elpusztítja a rákos sejteket
D. kerámiahamisítás felderítése
E. a fosszíliák korának meghatározása
Vita
A helyes válasz az E.

9. A jód-131 radioizotópot az emberek a következőkre használják….
A. pajzsmirigyek kimutatása
B. csontbetegség kimutatása
C. elpusztítja a rákos sejteket
D. a fosszíliák korának meghatározása
E. anyagok vizsgálata azok károsodása nélkül
Vita
A helyes válasz az A.

Kérdés forrása:

Országos fizika vizsgakérdések középiskolák/szakközépiskolák számára