Primer fizikalnega vprašanja o jedru fuzijskih reakcij, vezavni energiji atomov

9 primerov vprašanj iz jedrske fizike o fuzijskih reakcijah in vezavni energiji atomov

1. Opazujte naslednjo reakcijo jedrskega zlitja:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ + E
Če masa ₁H² = 2,014 amu, masa ₁H³ = 3,016 amu, masa α delca = 4,0026 amu in masa nevtrona = 1,0084 amu, potem je proizvedena energija ... (1 amu je enakovredna 931 MeV)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
C. 16,76 MeV
D. 15,73 MeV
E. 14,89 MeV
Razprava
Masa reaktantov in produktov:
Masa reaktanta (m_reaktanti) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
Masa izdelka (m_PRODUK) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
Izguba mase med reakcijo:
Δm = m_reaktanti - m_PRODUK
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
Masa, izgubljena med fuzijsko reakcijo, je 0,019 amu.
1 amu je enakovredna 931 MeV energije. 0,019 amu je enakovredna 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV.
Pravilen odgovor je B.

2. Bodite pozorni na naslednje jedrske reakcije!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + energija
Če je masa jedra znana:
₆C¹³ = 13,0033 sma
₁H² = 2,0141 sma
₆C¹⁴ = 14,0030 sma
₁H¹ = 1,0078 sma
Če je masa 1 amu enakovredna energiji 931 MeV, potem je energija, ki nastane pri jedrski reakciji, enaka ...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
C. 6.1412 MeV
D. 6.2320 MeV
E. 6.2377 MeV
Razprava
Masa reaktantov in produktov:
Masa reaktanta (m_reaktanti) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
Masa izdelka (m_PRODUK) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
Izguba mase med reakcijo:
Δm = reaktant – mprodukt
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
Izguba mase v jedrski reakciji je 0,0066 amu.
1 amu je enakovredna 931 MeV energije. 0,0066 amu je enakovredna 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV energije.
Pravilen odgovor je B.

3. Bodite pozorni na naslednjo fuzijsko reakcijo!
Znano je, da:
Massa ₁H¹ = 1,0078 sma
Massa ₁d² = 2,01410 sma
Masa = 0,00055 amu
1 amu = 931 MeV
Vrednost E (proizvedene energije) v fuzijski reakciji je…

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

Razprava

Masa reaktantov in produktov :
Masa reaktanta (m_reaktanti) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
Masa izdelka (m_PRODUK) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
Izguba mase med reakcijo :
Δm = m_reaktanti - m_PRODUK
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
Masa, izgubljena med fuzijsko reakcijo, je 0,00095 amu.

1 sma je enakovredna energijo kar 931 MeV. 0,00095 amu je enakovredno energiji 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV.
Pravilen odgovor je B.

Informacije:
Amu = atomska masna enota
MeV = megaelektronvolt (enota energije).

4. Masa jedra ₄Be⁹ = 9,0121 amu, masa protona = 1,0078 amu in masa nevtrona 1,0086 amu. Če je 1 amu enakovredna energiji 931 MeV, potem je vezavna energija atoma enaka ₄Be⁹ je ...

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

Razprava
Masa atoma ni enaka skupni masi protonov, nevtronov in elektronov, ki sestavljajo atom. Ko protoni, nevtroni in elektroni reagirajo in tvorijo atom, ima nastali atom maso, manjšo od vsote vseh mas protonov, elektronov in nevtronov, ki sestavljajo atom. To je zato, ker se nekaj mase izgubi. Izgubljena masa je enaka energiji, ki se sprosti med procesom nastanka atoma. Nasprotno pa je za razgradnjo atoma potrebna energija, enaka energiji, ki se sprosti med procesom nastanka atoma, dokler se protoni, nevtroni in elektroni, ki sestavljajo atom, ne ločijo drug od drugega. Ta količina energije je enaka atomska vezavna energija.

Znano je :
Število protonov = 4
Število nevtronov = 9 – 4 = 5
Jedrna masa ₄Be⁹ = 9,0121 sma
Masa protona = 1,0078 amu
Nevtronska masa = 1,0086 amu
1 amu je enakovredna energiji 931 MeV
Vprašal Atomska vezavna energija ₄Be⁹
Jawab :

Masa protonov in nevtronov :
Masa vseh protonov = 4 x 1,0078 amu = 4,0312 amu
Masa vseh nevtronov = 5 x 1,0086 amu = 5,043 amu  
Masa protona in nevtrona = 4,0312 amu + 5,043 amu = 9,0742 amu
Manjka masa :
Masa protonov in nevtronov – masa jedra = 9,0742 amu – 9,0121 amu = 0,0621 amu
Sproščena energija = vezavna energija atomov :
0,0621 amu x 931 MeV = 57,82 MeV
Pravilen odgovor je B.

Opis: sma = atomska masna enota, sMeV = mega elektronvolt (energijska enota)

5. Atomsko jedro urana ₉₂U²³⁸ = 238,0508 amu. Masa protona (m_p) = 1,0078 amu. Nevtronska masa (m_n) = 1.0086 sma. (1 sma = 931 MeV), potem je vezavna energija atoma urana enaka ₉₂U²³⁸ je ...

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

Razprava
Znano je :
Število protonov = 92
Število nevtronov = 238 – 92 = 146
Masa jedra = 238,0508 amu
Masa protona = 1,0078 amu
Nevtronska masa = 1.0086 amu
Vprašal Atomska vezavna energija ₄Be⁹
Jawab :
Masa protonov in nevtronov :
Masa vseh protonov = 92 x 1,0078 amu = 92,7176 amu
Masa vseh nevtronov = 146 x 1,0086 amu = 147,2556 amu 
Masa protona in nevtrona = 92,7176 amu + 147,2556 amu = 239,9732 sma
Manjka masa :
masa protonov in nevtronov – masa jedra = 239,9732 amu – 238,0508 amu = 1,9224 amu
Sproščena energija = vezavna energija atomov :
1,9224 amu x 931 MeV = 1789,75 MeV
Pravilen odgovor je E.

6. Prednosti radioizotopov v življenju vključujejo:
(1) kot sledilnik puščanja cevi
(2) kot nadomestek za kirurške instrumente
(3) konzervansi za živila
(4) Hitro segreje hrano
Pravilna izjava je…
A. (1), (2) in (3)
B. (1), (2) in (4)
C. (2), (3) in (4)
D. (1) in (3)
E. (2) in (4)
Razprava
Pravilen odgovor je D.

7. Naslednje izjave:
(1) radioterapija
(2) merjenje vsebnosti vode v tleh
(3) kot sledilnik
(4) določiti starost fosilov
Uporaba radioizotopov v zdravstvu je ...
A. (1), (2), (3) in (4)
B. (1), (2) in (3)
C. (1) in (3)
D. (2) in (4)
E. (4)
Razprava
Pravilen odgovor je C.

8. Radioizotop C-14 se lahko uporablja za….
A. odkrivanje delovanja ščitnice
B. poznavanje učinkovitosti dela srca
C. ubijajo rakave celice
D. odkrivanje ponarejanja keramike
E. določanje starosti fosilov
Razprava
Pravilen odgovor je E.

9. Radioizotop jod-131 ljudje uporabljajo za….
A. odkrivanje ščitničnih žlez
B. odkrivanje bolezni kosti
C. ubijajo rakave celice
D. določanje starosti fosilov
E. pregledovanje materialov brez njihovega poškodovanja
Razprava
Pravilen odgovor je A.

Vir vprašanja:

Vprašanja iz fizike za nacionalni izpit za višjo srednjo šolo/poklicno srednjo šolo