Príklad fyzikálnej otázky o jadre fúznych reakcií, väzbovej energii atómov

9 príkladov otázok z jadrovej fyziky o fúznych reakciách a väzbovej energii atómov

1. Pozorujte nasledujúcu reakciu jadrovej fúzie:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ + E
Ak je hmotnosť ₁H² = 2,014 amu, hmotnosť ₁H³ = 3,016 amu, hmotnosť α častice = 4,0026 amu a hmotnosť neutrónu = 1,0084 amu, potom je vyrobená energia…. (1 amu je ekvivalentná 931 MeV)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
C. 16,76 MeV
D. 15,73 MeV
E. 14,89 MeV
Diskusia
Hmotnosť reaktantov a produktov:
Hmotnosť reaktantu (m_reaktanty) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
Hmotnosť produktu (m_produkt) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
Strata hmotnosti počas reakcie:
Δm = m_reaktanty - m_produkt
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
Hmota stratená pri fúznej reakcii je 0,019 amu.
1 amu zodpovedá 931 MeV energie. 0,019 amu zodpovedá 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV.
Správna odpoveď je B.

2. Venujte pozornosť nasledujúcim jadrovým reakciám!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energia
Ak je známa hmotnosť jadra:
₆C¹³ = 13,0033 sma
₁H² = 2,0141 sma
₆C¹⁴ = 14,0030 sma
₁H¹ = 1,0078 sma
Ak je hmotnosť 1 amu ekvivalentná energii 931 MeV, potom energia, ktorá vzniká pri jadrovej reakcii, je...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
C. 6.1412 MeV
D. 6.2320 MeV
E. 6.2377 MeV
Diskusia
Hmotnosť reaktantov a produktov:
Hmotnosť reaktantu (m_reaktanty) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
Hmotnosť produktu (m_produkt) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
Strata hmotnosti počas reakcie:
Δm = reaktant – mprodukt
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
Strata hmotnosti pri jadrovej reakcii je 0,0066 amu.
1 amu zodpovedá 931 MeV energie. 0,0066 amu zodpovedá 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV energie.
Správna odpoveď je B.

3. Venujte pozornosť nasledujúcej fúznej reakcii!
Je známe, že:
Massa ₁H¹ = 1,0078 sma
Massa ₁d² = 2,01410 sma
Hmotnosť = 0,00055 amu
1 amu = 931 MeV
Hodnota E (energie vyrobenej) pri fúznej reakcii je…

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

Diskusia

Hmotnosť reaktantov a produktov :
Hmotnosť reaktantu (m_reaktanty) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
Hmotnosť produktu (m_produkt) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
Strata hmotnosti počas reakcie :
Δm = m_reaktanty - m_produkt
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
Hmota stratená pri fúznej reakcii je 0,00095 amu.

1 sma je ekvivalentná energie až 931 MeV. 0,00095 amu zodpovedá energii 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV.
Správna odpoveď je B.

Informácie:
Amu = atómová hmotnostná jednotka
MeV = megaelektrónvolt (jednotka energie).

4. Hmotnosť jadra ₄Be⁹ = 9,0121 amu, hmotnosť protónu = 1,0078 amu a hmotnosť neutrónu 1,0086 amu. Ak je 1 amu ekvivalentná energii 931 MeV, potom je väzbová energia atómu ₄Be⁹ je…

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

Diskusia
Hmotnosť atómu sa nerovná súčtu hmotností protónov, neutrónov a elektrónov, ktoré tvoria atóm. Keď protóny, neutróny a elektróny reagujú a tvoria atóm, výsledný atóm má hmotnosť menšiu ako súčet hmotností všetkých protónov, elektrónov a neutrónov, ktoré tvoria atóm. Je to preto, že sa časť hmotnosti stratí. Stratená hmotnosť je ekvivalentná energii uvoľnenej počas procesu vzniku atómu. Naopak, na rozbitie atómu, až kým sa protóny, neutróny a elektróny, ktoré tvoria atóm, od seba neoddelia, je potrebná energia rovnajúca sa energii uvoľnenej počas procesu vzniku atómu. Toto množstvo energie sa rovná atómová väzbová energia.

Je známe :
Počet protónov = 4
Počet neutrónov = 9 – 4 = 5
Hmotnosť jadra ₄Be⁹ = 9,0121 sma
Hmotnosť protónu = 1,0078 amu
Hmotnosť neutrónu = 1,0086 amu
1 amu zodpovedá energii 931 MeV
Opýtal sa Atómová väzbová energia ₄Be⁹
Džavab :

Hmotnosť protónov a neutrónov :
Hmotnosť všetkých protónov = 4 x 1,0078 amu = 4,0312 amu
Hmotnosť všetkých neutrónov = 5 x 1,0086 amu = 5,043 amu  
Hmotnosť protónu a neutrónu = 4,0312 amu + 5,043 amu = 9,0742 amu
Chýbajúca omša :
Hmotnosť protónov a neutrónov – hmotnosť jadra = 9,0742 amu – 9,0121 amu = 0,0621 amu
Uvoľnená energia = väzbová energia atómu :
0,0621 amu x 931 MeV = 57,82 MeV
Správna odpoveď je B.

Popis: sma = jednotka atómovej hmotnosti, sMeV = megaelektrónvolt (jednotka energie)

5. Atómové jadro uránu ₉₂U²³⁸ = 238,0508 amu. Hmotnosť protónu (m_p) = 1,0078 amu. Hmotnosť neutrónu (m_n) = 1.0086 sma. (1 sma = 931 MeV), potom väzbová energia atómu uránu je ₉₂U²³⁸ je…

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

Diskusia
Je známe :
Počet protónov = 92
Počet neutrónov = 238 – 92 = 146
Hmotnosť jadra = 238,0508 amu
Hmotnosť protónu = 1,0078 amu
Hmotnosť neutrónu = 1.0086 amu
Opýtal sa Atómová väzbová energia ₄Be⁹
Džavab :
Hmotnosť protónov a neutrónov :
Hmotnosť všetkých protónov = 92 x 1,0078 amu = 92,7176 amu
Hmotnosť všetkých neutrónov = 146 x 1,0086 amu = 147,2556 amu 
Hmotnosť protónu a neutrónu = 92,7176 amu + 147,2556 amu = 239,9732 sma
Chýbajúca omša :
hmotnosť protónov a neutrónov – hmotnosť jadra = 239,9732 amu – 238,0508 amu = 1,9224 amu
Uvoľnená energia = väzbová energia atómu :
1,9224 amu x 931 MeV = 1789,75 MeV
Správna odpoveď je E.

6. Medzi výhody rádioizotopov v živote patria:
(1) ako indikátor netesností potrubia
(2) ako náhrada chirurgických nástrojov
(3) konzervačné látky v potravinách
(4) Rýchlo ohrieva jedlo
Správne tvrdenie je…
A. (1), (2) a (3)
B. (1), (2) a (4)
C. (2), (3) a (4)
D. (1) a (3)
E. (2) a (4)
Diskusia
Správna odpoveď je D.

7. Nasledujúce vyhlásenia:
(1) rádioterapia
(2) meranie obsahu vody v pôde
(3) ako stopovač
(4) určiť vek fosílií
Používanie rádioizotopov v zdravotníctve je...
A. (1), (2), (3) a (4)
B. (1), (2) a (3)
C. (1) a (3)
D. (2) a (4)
E. (4)
Diskusia
Správna odpoveď je C.

8. Rádioizotop C-14 sa môže použiť na….
A. zisťovanie funkcie štítnej žľazy
B. poznanie účinnosti práce srdca
C. ničia rakovinové bunky
D. odhaľovanie keramických falzifikátov
E. určenie veku fosílií
Diskusia
Správna odpoveď je E.

9. Rádioizotop jód-131 ľudia používajú na….
A. detekcia štítnych žliaz
B. zistiť ochorenie kostí
C. ničia rakovinové bunky
D. určiť vek fosílií
E. kontrola materiálov bez ich poškodenia
Diskusia
Správna odpoveď je A.

Zdroj otázky:

Otázky z fyziky na národnej skúške pre stredné školy/odborné gymnázium