Przykład pytania z fizyki dotyczącego podstaw reakcji syntezy jądrowej, energii wiązania atomów

9 przykładów pytań z fizyki jądrowej dotyczących reakcji syntezy jądrowej i energii wiązania atomów

1. Zaobserwuj następującą reakcję syntezy jądrowej:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ + E
Jeśli masa ₁H² = 2,014 amu, masa ₁H³ = 3,016 amu, masa cząstki α = 4,0026 amu i masa neutronu = 1,0084 amu, wówczas wytworzona energia wynosi… (1 amu odpowiada 931 MeV)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
C. 16,76 MeV
D. 15,73 MeV
E. 14,89 MeV
Pembahasan
Masa substratów i produktów:
Masa substratu (m_odczynniki) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
Masa produktu (m_produk) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
Masa utracona podczas reakcji:
Δm = m_odczynniki - M_produk
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
Masa tracona w reakcji syntezy wynosi 0,019 amu.
1 amu odpowiada energii o wartości 931 MeV. 0,019 amu odpowiada energii o wartości 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV.
Prawidłowa odpowiedź to B.

2. Zwróć uwagę na następujące reakcje jądrowe!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energia
Jeżeli znana jest masa jądra:
₆C¹³ = 13,0033 sma
₁H² = 2,0141 sma
₆C¹⁴ = 14,0030 sma
₁H¹ = 1,0078 sma
Jeśli masa 1 amu jest równoważna energii 931 MeV, to energia, która zachodzi w reakcji jądrowej wynosi...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
C. 6.1412 MeV
D. 6.2320 MeV
E. 6.2377 MeV
Pembahasan
Masa substratów i produktów:
Masa substratu (m_odczynniki) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
Masa produktu (m_produk) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
Masa utracona podczas reakcji:
Δm = substrat – produkt
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
Masa utracona w reakcji jądrowej wynosi 0,0066 amu.
1 amu odpowiada energii o wartości 931 MeV. 0,0066 amu odpowiada energii o wartości 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV.
Prawidłowa odpowiedź to B.

3. Zwróć uwagę na następującą reakcję syntezy!
Wiadomo, że:
Masa ₁H¹ = 1,0078 sma
Masa ₁d² = 2,01410 sma
Masa = 0,00055 amu
1 amu = 931 MeV
Wartość E (energii wytworzonej) w reakcji syntezy wynosi…

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

Pembahasan

Masa substratów i produktów :
Masa substratu (m_odczynniki) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
Masa produktu (m_produk) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
Masa utracona podczas reakcji :
Δm = m_odczynniki - M_produk
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
Masa tracona w reakcji syntezy wynosi 0,00095 amu.

1 sma jest równoważne energi aż 931 MeV. 0,00095 amu odpowiada energii 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV.
Prawidłowa odpowiedź to B.

Keterangan:
Amu = jednostka masy atomowej
MeV = megaelektronowolt (jednostka energii).

4. Masa rdzenia ₄Be⁹ = 9,0121 amu, masa protonu = 1,0078 amu, a masa neutronu 1,0086 amu. Jeśli 1 amu odpowiada energii 931 MeV, to energia wiązania atomu wynosi ₄Be⁹ Jest…

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

Pembahasan
Masa atomu nie jest równa łącznej masie protonów, neutronów i elektronów tworzących atom. Kiedy protony, neutrony i elektrony reagują, tworząc atom, powstały atom ma masę mniejszą niż suma mas wszystkich protonów, elektronów i neutronów tworzących atom. Dzieje się tak, ponieważ pewna masa jest tracona. Utracona masa jest równoważna energii uwolnionej podczas procesu formowania się atomu. I odwrotnie, potrzeba energii równej energii uwolnionej podczas procesu formowania się atomu, aby rozbić atom, aż protony, neutrony i elektrony tworzące atom zostaną od siebie oddzielone. Ta ilość energii jest równa energia wiązania atomowego.

Wiadomo, że :
Liczba protonów = 4
Liczba neutronów = 9 – 4 = 5
Masa rdzenia ₄Be⁹ = 9,0121 sma
Masa protonu = 1,0078 amu
Masa neutronów = 1,0086 amu
1 amu odpowiada energii 931 MeV
Zapytano : Energia wiązania atomowego ₄Be⁹
Odpowiedź :

Masa protonów i neutronów :
Masa wszystkich protonów = 4 x 1,0078 amu = 4,0312 amu
Masa wszystkich neutronów = 5 x 1,0086 amu = 5,043 amu  
Masa protonu i neutronu = 4,0312 amu + 5,043 amu = 9,0742 amu
Brak masy :
Masa protonów i neutronów – masa jądra = 9,0742 amu – 9,0121 amu = 0,0621 amu
Uwolniona energia = energia wiązania atomów :
0,0621 amu x 931 MeV = 57,82 MeV
Prawidłowa odpowiedź to B.

Opis: sma = jednostka masy atomowej, sMeV = megaelektronowolt (jednostka energii)

5. Jądro atomowe uranu ₉₂U²³⁸ = 238,0508 amu. Masa protonu (m_p) = 1,0078 amu. Masa neutronów (m_n) = 1.0086 sma. (1 sma = 931 MeV) wówczas energia wiązania atomu uranu wynosi ₉₂U²³⁸ Jest…

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

Pembahasan
Wiadomo, że :
Liczba protonów = 92
Liczba neutronów = 238 – 92 = 146
Masa rdzenia = 238,0508 amu
Masa protonu = 1,0078 amu
Masa neutronów = 1.0086 amu
Zapytano : Energia wiązania atomowego ₄Be⁹
Odpowiedź :
Masa protonów i neutronów :
Masa wszystkich protonów = 92 x 1,0078 amu = 92,7176 amu
Masa wszystkich neutronów = 146 x 1,0086 amu = 147,2556 amu 
Masa protonu i neutronu = 92,7176 amu + 147,2556 amu = 239,9732 sma
Brak masy :
masa protonów i neutronów – masa jądra = 239,9732 amu – 238,0508 amu = 1,9224 amu
Uwolniona energia = energia wiązania atomów :
1,9224 amu x 931 MeV = 1789,75 MeV
Prawidłowa odpowiedź to E.

6. Korzyści ze stosowania radioizotopów w życiu obejmują:
(1) jako wskaźnik nieszczelności rur
(2) jako substytut narzędzi chirurgicznych
(3) środki konserwujące żywność
(4) Szybko podgrzewa jedzenie
Prawidłowe stwierdzenie to…
A. (1), (2) i (3)
B. (1), (2) i (4)
C. (2), (3) i (4)
D. (1) i (3)
E. (2) i (4)
Pembahasan
Prawidłowa odpowiedź to D.

7. Poniższe oświadczenia:
(1) radioterapia
(2) zmierzyć zawartość wody w glebie
(3) jako znacznik
(4) określić wiek skamieniałości
Wykorzystanie radioizotopów w sektorze ochrony zdrowia jest...
A. (1). (2), (3) i (4)
B. (1), (2) i (3)
C. (1) i (3)
D. (2) i (4)
E. (4)
Pembahasan
Prawidłowa odpowiedź to C.

8. Radioizotop C-14 może być stosowany do….
A. wykrywanie funkcji tarczycy
B. poznanie skuteczności pracy serca
C. zabija komórki rakowe
D. wykrywanie podróbek ceramicznych
E. określanie wieku skamieniałości
Pembahasan
Prawidłowa odpowiedź to E.

9. Radioizotop jodu-131 jest wykorzystywany przez ludzi do….
A. wykrywanie tarczycy
B. wykryć chorobę kości
C. zabija komórki rakowe
D. określanie wieku skamieniałości
E. kontrola materiałów bez ich uszkadzania
Pembahasan
Prawidłowa odpowiedź to A.

Źródło pytania:

Pytania z egzaminu państwowego z fizyki dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych i zawodowych