Esempio di una domanda di fisica sul nucleo delle reazioni di fusione, l'energia di legame atomico

9 esempi di domande di fisica nucleare sulle reazioni di fusione e sull'energia di legame atomico

1. Osserva la seguente reazione di fusione nucleare:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ + E
Se la massa ₁H² = 2,014 amu, massa ₁H³ = 3,016 amu, massa della particella α = 4,0026 amu e massa del neutrone = 1,0084 amu, quindi l'energia prodotta è... (1 amu equivale a 931 MeV)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
C. 16,76 MeV
D. 15,73 MeV
E. 14,89 MeV
Discussione
Massa dei reagenti e dei prodotti:
Massa del reagente (m_reagenti) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
Massa del prodotto (m_Produk) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
Massa persa durante la reazione:
Δm = m_reagenti - M_Produk
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
La massa persa in una reazione di fusione è pari a 0,019 amu.
1 amu equivale a 931 MeV di energia. 0,019 amu equivalgono a 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV.
La risposta corretta è B.

2. Presta attenzione alle seguenti reazioni nucleari!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energia
Se si conosce la massa del nucleo:
₆C¹³ = 13,0033 sma
₁H² = 2,0141 sma
₆C¹⁴ = 14,0030 sma
₁H¹ = 1,0078 sma
Se una massa di 1 amu è equivalente a un'energia di 931 MeV, allora l'energia che si verifica nella reazione nucleare è...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
C. 6.1412 MeV
D. 6.2320 MeV
E. 6.2377 MeV
Discussione
Massa dei reagenti e dei prodotti:
Massa del reagente (m_reagenti) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
Massa del prodotto (m_Produk) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
Massa persa durante la reazione:
Δm = reagente – mprodotto
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
La massa persa nella reazione nucleare è di 0,0066 amu.
1 amu equivale a 931 MeV di energia. 0,0066 amu equivalgono a 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV di energia.
La risposta corretta è B.

3. Presta attenzione alla seguente reazione di fusione!
È noto che:
Massa ₁H¹ = 1,0078 sma
Massa ₁d² = 2,01410 sma
Massa = 0,00055 amu
1 amu = 931 MeV
Il valore di E (energia prodotta) nella reazione di fusione è…

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

Discussione

Massa dei reagenti e dei prodotti :
Massa del reagente (m_reagenti) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
Massa del prodotto (m_Produk) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
Massa persa durante la reazione :
Δm = m_reagenti - M_Produk
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
La massa persa in una reazione di fusione è pari a 0,00095 amu.

1 media mobile semplice è equivalente a energi fino a 931 MeV. 0,00095 amu equivalgono a un'energia di 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV.
La risposta corretta è B.

Informazione :
UMA = unità di massa atomica
MeV = megaelettronvolt (unità di energia).

4. La massa nucleare _di 4Be ⁹ = 9,0121 amu, la massa del protone = 1,0078 amu e la massa del neutrone = 1,0086 amu. Se 1 amu equivale a un'energia di 931 MeV, allora l'energia di legame dell'atomo di 4Be ₉ ^è …

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

Discussione
La massa di un atomo non è uguale alla massa combinata dei protoni, neutroni ed elettroni che lo compongono. Quando protoni, neutroni ed elettroni reagiscono per formare un atomo, l'atomo risultante ha una massa inferiore alla somma di tutte le masse dei protoni, elettroni e neutroni che lo compongono. Questo perché parte della massa viene persa. La massa persa è equivalente all'energia rilasciata durante il processo di formazione dell'atomo. Viceversa, occorre un'energia pari all'energia rilasciata durante il processo di formazione dell'atomo per scomporre l'atomo fino a separare i protoni, i neutroni e gli elettroni che lo compongono. Questa quantità di energia è pari a energia di legame atomico.

È conosciuto :
Numero di protoni = 4
Numero di neutroni = 9 – 4 = 5
massa centrale ₄Be⁹ = 9,0121 sma
Massa del protone = 1,0078 amu
Massa del neutrone = 1,0086 amu
1 amu equivale a un'energia di 931 MeV
Chiesto : Energia di legame atomico ₄Be⁹
Jawab :

Massa di protoni e neutroni :
Massa totale dei protoni = 4 x 1,0078 amu = 4,0312 amu
Massa totale dei neutroni = 5 x 1,0086 amu = 5,043 amu  
Massa del protone e del neutrone = 4,0312 amu + 5,043 amu = 9,0742 amu
Mass Dispersa :
Massa dei protoni e dei neutroni – massa del nucleo = 9,0742 amu – 9,0121 amu = 0,0621 amu
Energia rilasciata = energia di legame atomico :
0,0621 amu x 931 MeV = 57,82 MeV
La risposta corretta è B.

Descrizione: sma = unità di massa atomica, sMeV = megaelettronvolt (unità di energia)

5. Un nucleo atomico di uranio ₉₂ U ²³⁸ = 238,0508 amu. Massa del protone (m _p ) = 1,0078 amu. Massa del neutrone (m _n ) = 1.0086 amu. (1 amu = 931 MeV) quindi l'energia di legame di un atomo di uranio ₉₂ U ²³⁸ è…

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

Discussione
È conosciuto :
Numero di protoni = 92
Numero di neutroni = 238 – 92 = 146
Massa del nucleo = 238,0508 amu
Massa del protone = 1,0078 amu
Massa del neutrone = 1.0086 amu
Chiesto : Energia di legame atomico ₄Be⁹
Jawab :
Massa di protoni e neutroni :
Massa totale dei protoni = 92 x 1,0078 amu = 92,7176 amu
Massa totale dei neutroni = 146 x 1,0086 amu = 147,2556 amu 
Massa del protone e del neutrone = 92,7176 amu + 147,2556 amu = 239,9732 sma
Mass Dispersa :
massa dei protoni e dei neutroni – massa del nucleo = 239,9732 amu – 238,0508 amu = 1,9224 amu
Energia rilasciata = energia di legame atomico :
1,9224 amu x 931 MeV = 1789,75 MeV
La risposta corretta è E.

6. I benefici dei radioisotopi nella vita includono:
(1) come tracciante di perdite nelle tubature
(2) come sostituto degli strumenti chirurgici
(3) conservanti alimentari
(4) Riscalda il cibo rapidamente
L'affermazione corretta è…
A. (1), (2) e (3)
B. (1), (2) e (4)
C. (2), (3) e (4)
D. (1) e (3)
E. (2) e (4)
Discussione
La risposta corretta è D.

7. Le seguenti affermazioni:
(1) radioterapia
(2) misurare il contenuto di acqua del suolo
(3) come tracciante
(4) determinare l'età dei fossili
L'uso di radioisotopi nel settore sanitario è...
A. (1). (2), (3) e (4)
B. (1), (2) e (3)
C. (1) e (3)
D. (2) e (4)
E. (4)
Discussione
La risposta corretta è C.

8. L'isotopo radioattivo C-14 può essere utilizzato per….
A. Rilevamento della funzionalità della ghiandola tiroidea
B. conoscere l'efficacia del lavoro del cuore
C. uccidere le cellule cancerose
D. Individuazione della contraffazione di ceramiche
E. Determinazione dell'età dei fossili
Discussione
La risposta corretta è E.

9. L'isotopo radioattivo iodio-131 viene utilizzato dagli esseri umani per…
A. individuazione delle ghiandole tiroidee
B. rilevare malattie ossee
C. uccidere le cellule cancerose
D. Determinazione dell'età dei fossili
E. Ispezionare i materiali senza danneggiarli
Discussione
La risposta corretta è A.

Fonte della domanda:

Domande di fisica per l'esame nazionale di fisica per la scuola superiore/istituto professionale.