Voorbeeld van een natuurkundevraag over de kern van fusiereacties: atomaire bindingsenergie.

9 voorbeelden van vragen over kernfysica met betrekking tot fusiereacties en atomaire bindingsenergie

1. Observeer de volgende kernfusiereactie:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ + E
Als de massa ₁H² = 2,014 amu, massa ₁H³ = 3,016 amu, massa van het α-deeltje = 4,0026 amu en massa van het neutron = 1,0084 amu, dan is de geproduceerde energie... (1 amu is gelijk aan 931 MeV)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
C. 16,76 MeV
D. 15,73 MeV
E. 14,89 MeV
Discussie
Massa van reactanten en producten:
Massa van de reactant (m_reactanten) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
Productmassa (m_Produk) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
Massa verloren tijdens de reactie:
Δm = m_reactanten - m_Produk
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
Bij een fusiereactie gaat 0,019 amu aan massa verloren.
1 amu is gelijk aan 931 MeV energie. 0,019 amu is gelijk aan 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV.
Het juiste antwoord is B.

2. Let goed op de volgende kernreacties!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energie
Als de massa van de kern bekend is:
₆C¹³ = 13,0033 sma
₁H² = 2,0141 sma
₆C¹⁴ = 14,0030 sma
₁H¹ = 1,0078 sma
Als een massa van 1 amu overeenkomt met een energie van 931 MeV, dan is de energie die vrijkomt bij de kernreactie...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
C. 6.1412 MeV
D. 6.2320 MeV
E. 6.2377 MeV
Discussie
Massa van reactanten en producten:
Massa van de reactant (m_reactanten) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
Productmassa (m_Produk) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
Massa verloren tijdens de reactie:
Δm = reactant – mproduct
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
De massa die vrijkomt bij de kernreactie bedraagt ​​0,0066 amu.
1 amu komt overeen met 931 MeV aan energie. 0,0066 amu komt overeen met 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV aan energie.
Het juiste antwoord is B.

3. Let goed op de volgende fusiereactie!
Het is bekend dat:
Massa ₁H¹ = 1,0078 sma
Massa ₁d² = 2,01410 sma
Massa = 0,00055 amu
1 amu = 931 MeV
De waarde van E (de geproduceerde energie) bij de fusiereactie is...

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

Discussie

Massa van reactanten en producten :
Massa van de reactant (m_reactanten) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
Productmassa (m_Produk) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
Massa verloren tijdens de reactie :
Δm = m_reactanten - m_Produk
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
Bij een fusiereactie gaat 0,00095 amu aan massa verloren.

1 sma is gelijk aan energi maar liefst 931 MeV. 0,00095 amu is gelijk aan een energie van 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV.
Het juiste antwoord is B.

Informatie :
Amu = atomaire massa-eenheid
MeV = mega-elektronvolt (eenheid van energie).

4. Kernmassa ₄Be⁹ = 9,0121 amu, protonmassa = 1,0078 amu en neutronmassa 1,0086 amu. Als 1 amu gelijk is aan een energie van 931 MeV, dan is de atomaire bindingsenergie ₄Be⁹ is…

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

Discussie
De massa van een atoom is niet gelijk aan de gecombineerde massa van de protonen, neutronen en elektronen waaruit het atoom bestaat. Wanneer protonen, neutronen en elektronen reageren om een ​​atoom te vormen, heeft het resulterende atoom een ​​massa die kleiner is dan de som van alle massa's van de protonen, elektronen en neutronen waaruit het atoom bestaat. Dit komt doordat er massa verloren gaat. De verloren massa is gelijk aan de energie die vrijkomt tijdens het vormingsproces van het atoom. Omgekeerd is er energie nodig die gelijk is aan de energie die vrijkomt tijdens het vormingsproces van het atoom om het atoom te splitsen totdat de protonen, neutronen en elektronen waaruit het atoom bestaat van elkaar gescheiden zijn. Deze hoeveelheid energie is gelijk aan atomaire bindingsenergie.

Het is bekend :
Aantal protonen = 4
Aantal neutronen = 9 – 4 = 5
Kernmassa ₄Be⁹ = 9,0121 sma
Protonmassa = 1,0078 amu
Neutronmassa = 1,0086 amu
1 amu komt overeen met een energie van 931 MeV.
gevraagd : Atoombindingsenergie ₄Be⁹
Antwoorden :

Massa van protonen en neutronen :
Massa van alle protonen = 4 x 1,0078 amu = 4,0312 amu
Massa van alle neutronen = 5 x 1,0086 amu = 5,043 amu  
Massa van proton en neutron = 4,0312 amu + 5,043 amu = 9,0742 amu
Massa vermist :
Massa van protonen en neutronen – massa van de kern = 9,0742 amu – 9,0121 amu = 0,0621 amu
Vrijgekomen energie = atomaire bindingsenergie :
0,0621 amu x 931 MeV = 57,82 MeV
Het juiste antwoord is B.

Omschrijving: sma = atomaire massa-eenheid, smEV = mega-elektronvolt (energie-eenheid)

5. Een uraniumatoomkern ₉₂U²³⁸ = 238,0508 amu. Protonmassa (m_p) = 1,0078 amu. Neutronmassa (m_n) = 1.0086 sma. (1 sma = 931 MeV) dan is de bindingsenergie van een uraniumatoom ₉₂U²³⁸ is…

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

Discussie
Het is bekend :
Aantal protonen = 92
Aantal neutronen = 238 – 92 = 146
Kernmassa = 238,0508 amu
Protonmassa = 1,0078 amu
Neutronmassa = 1.0086 amu
gevraagd : Atoombindingsenergie ₄Be⁹
Antwoorden :
Massa van protonen en neutronen :
Massa van alle protonen = 92 x 1,0078 amu = 92,7176 amu
Massa van alle neutronen = 146 x 1,0086 amu = 147,2556 amu 
Massa van proton en neutron = 92,7176 amu + 147,2556 amu = 239,9732 sma
Massa vermist :
Massa van protonen en neutronen – massa van de kern = 239,9732 amu – 238,0508 amu = 1,9224 amu
Vrijgekomen energie = atomaire bindingsenergie :
1,9224 amu x 931 MeV = 1789,75 MeV
Het juiste antwoord is E.

6. De voordelen van radio-isotopen voor het leven zijn onder andere:
(1) als tracer van pijplekkages
(2) als vervanging voor chirurgische instrumenten
(3) voedselconserveermiddelen
(4) Verwarmt voedsel snel
De correcte bewering is…
A. (1), (2) en (3)
B. (1), (2) en (4)
C. (2), (3) en (4)
D. (1) en (3)
E. (2) en (4)
Discussie
Het juiste antwoord is D.

7. De volgende beweringen:
(1) radiotherapie
(2) het bodemvochtgehalte meten
(3) als tracer
(4) de ouderdom van fossielen bepalen
Het gebruik van radio-isotopen in de gezondheidszorg is...
A. (1). (2), (3) en (4)
B. (1), (2) en (3)
C. (1) en (3)
D. (2) en (4)
E. (4)
Discussie
Het juiste antwoord is C.

8. Het radio-isotoop C-14 kan worden gebruikt voor….
A. het opsporen van de functie van de schildklier
B. het kennen van de effectiviteit van het werk van het hart
C. kankercellen doden
D. het opsporen van namaakkeramiek
E. het bepalen van de ouderdom van fossielen
Discussie
Het juiste antwoord is E.

9. Het radio-isotoop jodium-131 ​​wordt door mensen gebruikt voor….
A. het opsporen van schildklieren
B. botziekte opsporen
C. kankercellen doden
D. het bepalen van de ouderdom van fossielen
E. materialen inspecteren zonder ze te beschadigen
Discussie
Het juiste antwoord is A.

Bron van de vraag:

Natuurkundevragen voor het nationale eindexamen voor de bovenbouw van het voortgezet onderwijs/beroepsonderwijs.