ôn chương PHẢN ỨNG hạt NHÂN

PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
A. Mục tiêu
1. Kiến thức
Biết được:
- Độ hụt khối. Năng lượng liên kết của hạt nhân.
- Khái niệm về hiện tượng phóng xạ, họ phóng xạ, độ phóng xạ, định luật chuyển dịch
phóng xạ, định luật phân rã phóng xạ, chu kỳ phân rã của đồng vị phóng xạ. Ứng dụng
của đồng vị phóng xạ.
- Khái niệm về phản ứng hạt nhân
2. Kĩ năng
- Biết cách tính độ hụt khối và năng lượng liên kết hạt nhân
- Biết viết phương trình phân rã phóng xạ và phản ứng hạt nhân dựa vào các định luật
- Biết cách tính cường độ phóng xạ, thời gian phân rã phóng xạ (tuổi), lượng chất còn lại
sau khi phân rã phóng xạ, thời gian bán rã v.v...
B. Tài liệu tham khảo
C. Hướng dẫn học sinh tự học.
* Học sinh đọc tài liệu ở các trang đã hướng dẫn và trả lời các câu hỏi sau:
1. Định nghĩa phản ứng hạt nhân nguyên tử?
2. Phân loại phản ứng hạt nhân?
3. Các qui luật của phản ứng hạt nhân từ đó viết phương trình phản ứng hạt nhân?
4. Một số biểu thức tính toán về phản ứng hạt nhân?
D. Bài tập tự kiểm tra kiến thức của học sinh (Bài kiểm tra lần 1)
Thời gian: 15 phút
Câu 1 Hạt nhân 80Ge có tính chất phóng xạ và phân rã cùng với sự giải phóng ra các tia β
và 148Gd là chất phóng xạ α. Hạt nhân sẽ hình thành trong các quá trình này là
As và 144Sm.

B. 80As và 144Sm.

C. 82As và 142Sm.

D. 79As và 144Sm.

A.

81


Câu 2 Chì có 4 đồng vị bền: 204, 206, 207 và 208. Một trong số đó là sản phẩm cuối
cùng của một dãy phân rã bắt đầu từ 235U. Đó là đồng vị
A. 206Pb.

B. 204Pb.

C. 208Pb.

D. 207Pb.

Câu 3 Năm 1988, tấm khăn liệm Turin nổi tiếng được nghiên cứu bằng phương pháp
phóng xạ cacbon. Trong khi cường độ phóng xạ của một gam cacbon lấy từ các cơ quan
sống là 735 phân rã trong một giờ thì 1gam cacbon lấy từ tấm khăn liệm cho thấy hoạt
tính là 677 phân rã trong một giờ. Thời gian bán hủy của 14C là 5570 năm. Tuổi của tấm
khăn đó là
A. khoảng năm 1327.

B. khoảng năm 1237.

C. khoảng năm 132,7.

D. khoảng năm 13270.

Câu 4 Cho nguyên tử khối thực theo đơn vị u của cáchạt: 13 H = 3,016 u; 12 H = 2,0141 u;
4
2

He = 4,0026 u; 01 n = 1,0086 u.

Năng lượng giải phóng ra từ một phản ứng nhiệt hạch : 13 H + 12 H → 24 He + 01 n là
A. 16,75 MeV.

B. 167,5 MeV.

C. 17,63 MeV.

D. 176,3 MeV.

Câu 5 Một mẫu Rađon (Rn), ở thời điểm t = 0, phóng ra 7,0. 10 4 hạt αtrong một giây, sau
6,6 ngày mẫu đó phóng ra 2,1.104 hạt α/s. Chu kì bán huỷ của mẫu Rn nói trên là
A. 3,8 ngày.

B. 3 ngày.

C. 8 ngày.

D. 5,8 ngày.

E. Nội dung lý thuyết cần nghiên cứu (Thông tin phản hồi)
Vấn đề
Nội dung
1. Phản ứng hạt A. Định nghĩa: Phản ứng hạt nhân là sự biến đổi hạt nhân nguyên
nhân là gì?

tử để chuyển nguyên tố này thành nguyên tố khác do sự tự phân
rã hạt nhân (gọi là sự phóng xạ) hoặc sự tương tác giữa hạt nhân
với nhau hoặc hạt nhân với các hạt cơ bản (p, e)
VD:
2
1

2. Có những loại

226
88

∝
222
4
Ra 
→
86 Rn + 2 He

H + 37 Li →2 24 H + 01n + Q

197
80

Hg + −10 e 
→197
79 Au

B. Các loại phản ứng hạt nhân

phản

ứng

nhân nào?

hạt I. Phóng xạ tự nhiên
1. Khái niệm: Tính phóng xạ tự nhiên là khả năng của các chất
chứa các nguyên tố xác định không cần tác động bên ngoài, tự
phát ra bức xạ không nhìn thấy với thành phần phức tạp.
*Hay khả năng tự phân huỷ (phân rã) thành 1 hạt nhân mới (nhẹ
hơn) cùng với tia phóng xạ và năng lượng cao được gọi là sự tự
phân huỷ (phân rã) hay phóng xạ tự nhiên.
2. Đặc điểm của tia phóng xạ
Tia phóng xạ thực chất là chùm (hay dòng) hạt cơ bản; có
3 loại tia (hạt) xuất hiện trong sự phóng xạ tự nhiên
a. Hạt α: là hạt nhân nguyên tử 2He4 (Điện tích: 2; Số khối: 4)
VD:

226
88

∝
222
4
Ra 
→
86 Rn + 2 He (α)

b. Hạt β: là -1e0 (Điện tích: -1; Số khối: 0)
14
14
−
VD: 6 C → 7 N + β

c. Hạt γ: là photon hay ánh sáng (Điện tích ≈ 0; Số khối ≈ 0)
* Năng lượng: Mỗi loại hạt trên khi được phóng xạ đều mang 1
năng lượng lớn, thứ tự năng lượng: α<β<γ (khả năng đâm xuyên)
*Chú ý:
- Nếu sự phóng xạ đó xảy ra trực tiếp (1 bước) thì chỉ xuất hiện 1
trong 2 loại hạt mang điện (α vàβ)
- Năng lượng cao luôn luôn kèm theo bất cứ phản ứng phóng xạ
tự nhiên nào (tuy nhiên trong phương trình phản ứng hạt nhân
thường không ghi kèm trị số năng lượng này)
3. Nêu các qui 3. Các qui luật của phản ứng phóng xạ tự nhiên: 2 qui luật
luật của phóng a. Bảo toàn vật chất: Vật chất không tự sinh ra cũng không tự
xạ tự nhiên?

biến mất, chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác.
Định luật bảo toàn vật chất thể hiện 2 định luật:
* Bảo toàn số khối: Tổng số khối hạt nhân tạo thành + tia phóng


xạ = số khối hạt nhân ban đầu (số khối là số Z gần nhất của khối
lượng nguyên tử tự nhiên của nguyên tố hoặc số nucleon của
nguyên tố = Σz + Σp)
* Bảo toàn điện tích: Tổng điện tích hạt nhân tạo thành + tia
phóng xạ = điện tích hạt nhân ban đầu.

b. Định luật chuyển dời:
Người ta qui ước gọi nguyên tố phóng xạ đầu tiên là nguyên tố
mẹ, sản phẩm phóng xạ của nguyên tố mẹ là một nguyên tố mới
có thể có hay không có tính phóng xạ, nếu có tính phóng xạ thì
gọi là nguyên tố con, ...
- Nếu phóng xạ ra hạt α→ vị trí nguyên tố con đứng trước nguyên
tố mẹ 2 ô con.
Ví dụ:

226
88

∝
222
4
Ra 
→
86 Rn + 2 He

- Nếu phóng xạ ra hạt β→ vị trí nguyên tố con đứng liền sau
nguyên tố mẹ trong bảng tuần hoàn.

Ví dụ:

A
Z

β
A
X

→
Z −1Y + e

40
19

β
40
K
→
20 Ca + e

*Phản ứng phóng xạ tự nhiên là phản ứng dây chuyền, xảy ra
mãnh liệt; may mắn là hiện nay đã kiểm soát được nên có những
ứng dụng khoa học công nghệ.
II. Phản ứng nhiệt hạt nhân (nhiệt hạch)
1. Khái niệm: Quá trình các hạt nhân thường là hạt nhân nhẹ kết
4. Ngoài phóng hợp thành hạt nhân nặng hơn đồng thời giải phóng nhiều năng
xạ tự nhiên, còn lượng được gọi là phản ứng nhiệt hạch.
các loại phóng xạ
nào?

→ 24 He
VD: 11 H + 31T 

n = -19,8 MeV

2. Đặc điểm: Phản ứng xảy ra vô cùng mãnh liệt nhưng hiện nay
chưa kiểm soát được nên chưa có nhiều ứng dụng.

III. Phóng xạ nhân tạo
1. Khái niệm: Quá trình bắn hạt cơ bản (đạn) vào các hạt nhân
nguyên tử (bia) tạo thành hạt nhân mới kém bền (hạt nhân trung
gian); tự phân huỷ thành hạt nhân bền hơn cùng với hạt cơ bản và
giải phóng 1 năng lượng tương đối lớn được gọi là sự phóng xạ
nhân tạo.
2. Sơ đồ: Đạn + bia → [hạt nhân trung gian] → hạt nhân bền + hạt
cơ bản.
VD: 2759 Co + 01n 
→[ 2760 Co ] 
→ 2860 N + −10 e

hυ = 1,25 HeV

3. Đặc điểm:
- Các phản ứng phóng xạ nhân tạo được phân loại dựa vào
hạt cơ bản làm đạn (xem “Một số vấn đề chọn lọc của hoá học”
tập 1 trang 65 đến 83).
- Hiện nay đã kiểm soát được nên có những ứng dụng
trong công nghệ đời sống.
4. Các họ phóng xạ
* Kết hợp phóng xạ tự nhiên & nhân tạo người ta tổng kết
thành 1 họ phóng xạ (3 tự nhiên, 1 họ nhân tạo)
* Trong họ phóng xạ đều có qui luật biến đổi số khối liên
hệ số khối từ hạt nhân ban đầu → hạt nhân bền.
C. Một số bài toán về hoá học hạt nhân
I. Độ hụt khối và năng lượng hạt nhân
5. Nêu một số
công

thức

cần

dùng trong các
bài
nhân.

toán

hạt

1. ∆E = c2.∆m (J hoặc J/mol)
c: Tốc độ ánh sáng trong chân không C = 3.108 m/s2
+) ∆m: Biến thiên (độ hụt) khối lượng
+) ∆m = mhạt nhân - mhạt nhân
(theo lý thuyết)

với 1 hạt nhân
(thực nghiệm)

+) ∆m = mcác hạt trước p/ứ – ms/p p/ư hạt nhân

với 1 phản ứng


2. δ E =

∆E

(J/nucleon)
A

A: số khối
∆E: ứng với 1 hạt nhân
δE: qui về 1 nucleon – là các hạt cấu tạo nên hạt nhân
(proton và nơtron)
(trong nghiên cứu thường dùng δE)
II. Động học của phản ứng tự phân rã hạt nhân (Phản ứng
bậc 1)
1. Các biểu thức
a. Với phản ứng bậc 1 thì v = k.C
Với phản ứng tự phân rã hạt nhân v= λ.N
k: hằng số tốc độ phản ứng
λ: hằng số phân rã hạt nhân
(trị số k, λ h/s đối với phản ứng hay 1 hạt nhân tại 1 nhiệt
độ đã cho)
C: nồng độ chất A tại thời điểm đang xét
N: số hạt nhân phóng xạ
b. Chu kỳ bán huỷ (t1/2): Là thời gian để phân huỷ 1/2 số nguyên
tử ban đầu, hay 1/2 lượng có ban đầu.
Thời gian t1/2 = chu kỳ bán huỷ/ bán rã
t1/ 2 = C =

ln 2 0, 6932
=
λ
λ

2. Một số bài toán

a. Tính niên đại (thời gian) hoá thạch
Cơ sở hoá học: Dựa vào lý thuyết về phản ứng là bậc 1
Cơ sở tính toán: dựa vào phương trình động học t =

1 N0
ln
λ N


t=

1 m0
ln
λ m
1
t

Hoặc λ = ln

N 0 1 m0
= ln
N t m

Trong đó:
t: là thời gian xảy ra phản ứng
λ (hoặc k) là hằng số phóng xạ
N0: là số hạt nhân có ban đầu (tại t=0)
m0: là khối lượng.
N: là số hạt nhân có tại thời điểm đang xét (t ≠ 0)
(Hoặc m là khối lượng hạt nhân)

1
t

dựa vào phương trình động học λ = ln

m0
(4b)
m

b. Tính niên đại của một mẫu than
t=

t1/ 2
R
ln 0 (*)
0, 693 R

R0= 15,3 phân huỷ trong 1 giây trong 1 gam cacbon.
Vậy từ (*) ta có
t = 8, 27.103 ln

15,3
(năm)
R

3. Độ phóng xạ
a. Định nghĩa: Độ phóng xạ 1 hạt nhân là số phân huỷ hạt nhân
đó tính theo 1 đơn vị thời gian, 1 đơn vị khối lượng. (Số phân huỷ
là số hạt nhân biến đổi theo phản ứng 1 chiều bậc nhất)
Kí hiệu: A = −

dN
dt

A thực chất là tốc độ phân rã của mẩu phóng xạ đó.
b. Đơn vị phóng xạ:
+) Curi: 1 Curi là số phân huỷ 1 gam Ra trong 1 giây
1 Curi = 3,7.1010 phân rã/ giây


1m Curi = 10-3 Curi
1M Curi = 10-6 Curi
+) Beoơren (Bq)
1 Bq = 1 phân rã/ giây → 1 Curi = 3,7.1010 Bq
+) Rơzơfo
F. Bài tập tự kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi
(Bài kiểm tra lần 2)

Thời gian: 15 phút

Câu 1 Trong các phát biểu sau đây nói về bản chất của phản ứng hạt nhân, phát biểu đúng
là
A. Phản ứng hạt nhân là sự biến đổi chất này thành chất khác.
B. Phản ứng hạt nhân sự biến đổi hạt nhân nguyên tử để chuyển nguyên tố này
thành nguyên tố khác do sự tự phân rã hạt nhân (gọi là sự phóng xạ) hoặc sự tương tác
giữa hạt nhân với nhau hoặc hạt nhân với các hạt cơ bản (proton, electron)
C. Phản ứng hạt nhân là phản ứng trong đó nguyên tử hóa học được bảo toàn.
D. Phản ứng hạt nhân là sự biến đổi nguyên tố hoá học này thành nguyên tố hoá học
khác.
Câu 2 Sản phẩm của sự phóng xạ tự nhiên không bị lệch hướng khi đi qua điện trường

là
A. hạt anpha (α).

B. nơtron (n).

C. tia gama (γ).

D. tia beta (β).

Câu 3 Khoảng thời gian (giờ) kể từ khi 16 gam 42K bắt đầu phân huỷ đến khi chỉ còn lại 2
gam (Biết t1/2 = 12,4) là
A. 8 x 12,4.

B. 3 x 12,4.

Câu 4 Thời gian bán hủy của

212

C. 2 x 12,4.

D. 4 x 12,4.

Fr là 19 phút. Thời gian (phút) để 1 gam đồng vị này

phân huỷ còn 0,125 gam là
A. 4,75.

B. 9,5.

C. 38.

D. 57.

Câu 5 Khi phân huỷ beta đồng vị 14C thu được nguyên tử
A. 15N.

B. 14N .

C. 8O.

D. 16S.


Câu 6 Chu kì bán rã, thời gian cần thiết để lượng chất ban đầu mất đi một nửa của
14,3 ngày. Thời gian (tính theo ngày) để một mẫu thuốc có tính phóng xạ chứa

32
P
15

32
P
15

là

còn

lại 20% hoạt tính phóng xạ ban đầu của nó là

A. 33,2 ngày.
Câu 7

238
U
92

B. 71,5 ngày.

C. 61,8 ngày.

D. 286 ngày.

là nguyên tố gốc của họ phóng xạ tự nhiên uran, kết thúc của dãy này là đồng

vị bền của chì

206
Pb .
82

Mỗi lần phân rã α làm giảm 2 đơn vị điện tích dương và giảm 4u

về khối lượng của hạt nhân. Mỗi lần phân rã β làm tăng 1 đơn vị điện tích hạt nhân,
nhưng khối lượng coi như không thay đổi. Số lần phân rã α và β là
A. 6 lần phân rã α và 8 lần phân rã β.
B. 8 lần phân rã α và 6 lần phân rã β.
C. 8 lần phân rã α và 8 lần phân rã β.
D. 6 lần phân rã α và 6 lần phân rã β.
Câu 8 Họ phóng xạ thuộc họ phóng xạ nhân tạo là

A. actini.

B. neptun.

C. thori.

D. uran.

Câu 9 Chu kì bán huỷ của Poloni (Po) bằng 138 ngày. Khối lượng của Poloni mà người
ta cần phải sử dụng để có một cường độ phóng xạ bằng 1Ci (1Ci = 3,7.10 10Bq và Po =
210) là
A. 0,222 mg.

B. 2,22 mg.

Câu 10 Một mẫu đá chứa 17,4 mg
238

238

C. 0,1538 gam.

U và 1,45 mg

206

D. 0,222 gam.

Pb. Biết rằng chu kỳ bán huỷ của

U là 4,51. 109 năm. Thời gian tồn tại của mẫu đá đó là
A. 5,68.108 năm.

B. 6,58. 108 năm.

C. 5,98.108 năm.

D. 6,58.107 năm.

*Đáp án bài kiểm tra lần 1
Câu
1
ĐA
B
* Đáp án bài kiểm tra lần 2
Câu
ĐA

1
D

2
C

3
C

2
D
4

D

3
A
5
B

6
A

4
C
7
B

8
B

5
A
9
C

10
C