Toptailieu.vn xin giới thiệu sơ lược Lý thuyết Phản ứng nhiệt hạch Vật Lí 12 chọn lọc, hay nhất giúp học sinh lớp 12 ôn luyện để nắm chắc kiến thức cơ bản và đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí.

Mời các bạn đón xem:

Phản ứng nhiệt hạch (Lý thuyết + 14 bài tập có lời giải)

I. Lý thuyết Phản ứng nhiệt hạch

1.Cơ chế của phản ứng nhiệt hạch

a. Phản ứng nhiệt hạch là gì?

Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng trong đó hai hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.

b. Điều kiện thực hiện

- Nhiệt độ cao (50 ÷÷ 100 triệu độ).

- Mật độ hạt nhân trong plasma (n) phải đủ lớn.

- Thời gian duy trì trạng thái plasma (t) ở nhiệt độ cao (100 triệu độ) phải đủ lớn.

2. Năng lượng nhiệt hạch

- Năng lượng tỏa ra bởi các phản ứng nhiệt hạch được gọi là năng lượng nhiệt hạch.

- Thực tế chỉ quan tâm đến phản ứng nhiệt hạch tạo nên heli:

- Các phép tính cho thấy rằng, năng lượng tỏa ra khi tổng hợp 1 g heli gấp 10 lần năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1 g urani, gấp 85 lần năng lượng tỏa ra khi đốt 1 tấn than.

3. Phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất

- Trên Trái Đất, loài người đã tạo ra phản ứng nhiệt hạch khi thử quả bom H và đang nghiên cứu tạo ra phản ứng nhiệt hạch có điều khiển.

- Phản ứng nhiệt hạch có điều khiển

Hiện nay, các trung tâm nghiên cứu đều sử dụng đến phản ứng:

Phản ứng này dễ thực hiện một cách đơn lẻ như sau: cho triti ở thể khí bay bám vào một tấm đồng; các hạt nhân đơteri được gia tốc đến 2 MeV đập vào tấm bia ấy. Phản ứng nhiệt hạch xảy ra với dấu hiệu là sự phát ra hạt nơtron năng lượng xác định 14,1 MeV.

Muốn tạo ra phản ứng nhiệt hạch cho các hạt nhân   và   thì phải tiến hành hai việc:

a) Đưa tốc độ các hạt lên rất lớn bằng 3 cách sau:

- Đưa nhiệt độ lên cao;

- Dùng các máy gia tốc;

- Dùng chùm laze cực mạnh.

b) “Giam hãm” các hạt nhân đó trong một phạm vi không gian nhỏ hẹp để chúng có thể gặp nhau (trong khoảng thời gian đủ lớn theo tiêu chuẩn Lo-xơn) và gây ra phản ứng nhiệt hạch.

II. Bài tập Phản ứng nhiệt hạch 

Câu 1: Phản ứng nhiệt hạch là:

A. sự kết hợp các hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn

B. là sự phân chia một hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nhẹ hơn

C. sự kết hợp các hạt nhân trung bình thành một hạt nhân nặng hơn

D. là sự phân chia một hạt nhân thành hai hạt nhân ở nhiệt độ rất cao

– Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn.

– Thí dụ:

Chọn đáp án A

Câu 2: So với phản ứng phân hạch, phản ứng tổng hợp hạt nhân có ưu điểm là:

A. tạo ra năng lượng lớn hơn nhiều lần với cùng một khối lượng tham gia phản ứng

B. nguồn nhiên liệu có nhiều trong tự nhiên

C. ít gây ô nhiễm môi trường

D. cả A, B và C

– So với phản ứng phân hạch, phản ứng tổng hợp hạt nhân có ưu điểm là:

+ Nguồn nguyên liệu dồi dào.

+ Phân ứng nhiệt hạch không gây ô nhiễm môi trường.

+ Năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn nhiều năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch (xét cùng lượng chất tham gia phản ứng).

– Các nhà khoa học đang tìm cách kiểm soát, điều khiển phản ứng nhiệt hạch tốt hơn để cung cấp cho con người nguồn năng lượng vô tận và sạch hơn nhiều so với năng lượng nguyên tử.

Chọn đáp án D

Câu 3: Tìm phát biểu sai. Điều kiện để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân là:

A. nhiệt độ cao tới hàng chục triệu độ

B. thời gian duy trì nhiệt độ cao phải đủ lớn

C. mật độ hạt nhân phải đủ lớn

D. khối lượng các hạt nhân phải đạt khối lượng tới hạn

– Điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra:

+ Nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ.

+ Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn.

+ Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn.

Chọn đáp án D

Câu 4: Tìm phát biểu sai khi nói về phản ứng nhiệt hạch:

A. Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân do sự kết hợp của hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn

B. Phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng nhỏ hơn nhiều so với phản ứng phân hạch.

C. Phản ứng nhiệt hạch là nguồn năng lượng chính của Mặt Trời.

D. Sự nổ của bôm khinh khí là phản ứng nhiệt hạch kiểm soát được.

– Bom khinh khí nổ là phản ứng nhiệt hạch không kiểm soát được:

Chọn đáp án D

Câu 5: Để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân, cần điều kiện nhiệt độ cao hàng chục triệu độ để:

A. các hạt nhân có động năng lớn, thắng lực đẩy Cu – lông giữa chúng.

B. các hạt nhân có động năng lơn, thắng lực hấp dẫn giữa chúng.

C. các êlectron bứt khỏi nguyên tử

D. phá vỡ hạt nhân của các nguyên tử để chúng thực hiện phản ứng.

– Để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân, cần điều kiện nhiệt độ cao hàng chục triệu độ để các hạt nhân có động năng lớn, thắng lực đẩy Cu – lông giữa chúng.

Chọn đáp án A

Câu 6: Phát biểu nào sau đây sai?

A. Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch đều có nguồn nhiên liệu dồi dào.

B. Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch đều tỏa năng lượng.

C. Với cùng một khối lượng nhiên liệu, năng lượng phản ứng nhiệt hạch tỏa ra cao hơn rất nhiều so với phản ứng phân hạch.

D. Phản ứng nhiệt hạch xảy ra với các hạt nhân nhẹ, còn phản ứng phân hạch xảy ra với các hạt nhân nặng.

– Chỉ có phản ứng nhiệt hạch là có nguồn nhiên liệu dồi dào.

Chọn đáp án A

Câu 7: Một phản ứng nhiệt hạch xảy ra trên các vì sao là:

– Hạt X trong phương trình là là hạt:

A. Proton       

B. Êlectron

C. Nơtron       

D. Pôzitron

– Từ phương trình phản ứng: 

– Áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích ta tìm được X là hạt Pôzitron (β⁺).

Chọn đáp án D

Câu 8: X là hạt nhân của nguyên tố nào trong phản ứng hạt nhân:

A. Heli       

B. Triti

C. Liti       

D. Beri

– Áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích ta tìm được X là hạt Heli.

Chọn đáp án A

Câu 9: Một phản ứng tổng hợp hạt nhân được sử dụng trong bom nhiệt hạch (bom H) là

Năng lượng tỏa ra khi có 10 kg đơtêri tham gia phản ứng nói trên là

A. 2,13.10¹⁴ J

B. 2,13.10¹⁶ J

C. 1,07.10¹⁴ J

D. 1,07.10¹⁶ J

– Năng lượng tỏa ra khi có 10 kg đơtêri tham gia phản ứng là:

Chọn đáp án D

Câu 10: Tính năng lượng tỏa ra khi hai hạt nhân  tổng hợp thành hạt nhân  Biết năng lượng liên kết riêng của hạt nhân  là 1,1 MeV/nuclôn và của  là 7 MeV/nuclôn.

A. 11,2 MeV       

B. 23,6 MeV

C. 32,3 MeV       

D. 18,3 MeV

– Năng lượng liên kết của từng hạt trong phản ứng là:

– Năng lượng tỏa ra là:

Chọn đáp án B

Câu 11: Chọn câu Sai.

A. Nguồn gốc năng lượng mặt trời và các vì sao là do chuỗi liên tiếp các phản ứng nhiệt hạch xảy ra.

B. Trên trái đất con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch: trong quả bom gọi là bom H.

C. Nguồn nhiên liệu để thực hiện phản ứng nhiệt hạch rất rễ kiếm, vì đó là đơteri và triti có sẵn trên núi cao.

D. phản ứng nhiệt hạch có ưu điểm rất lớn là toả ra năng lượng lớn và bảo vệ môi trường tốt vì chất thải rất sạch, không gây ô nhiễm môi trường.

– Triti (ký hiệu T hay ³H) là một đồng vị phóng xạ của hydro. Triti trong tự nhiên cực kỳ hiếm trên Trái Đất, chỉ được tạo thành ở dạng vết khi các bức xạ vũ trụ tương tác với khí quyển.

– Còn đơteri hay còn gọi là hydro nặng, là một đồng vị bền của hydro có mặt phổ biến trong các đại dương của Trái Đất với tỉ lệ khoảng 1 nguyên tử trong 6400 nguyên tử hydro (~156.25 ppm).

Chọn đáp án D

Câu 12: Gọi Q₁ nhiệt độ tỏa ra khi thực hiện phản ứng nhiệt hạch của m kg nhiên liệu nhiệt hạch, Q₂ là nhiệt lượng tỏa ra khi thực hiện phản ứng phân hạch của m kg nhiên liệu phân hạch . Kết luận nào sau đây là đúng khi so sánh Q₁ và Q₂.

A. Q₁ = Q₂     

B. Q₁ > Q₂

C. Q₁ < Q₂     

D. Q₁ = ½ Q₂

– Trung bình một phản ứng nhiệt hạch cho năng lượng 4-15 MeV nhỏ hơn năng lượng của 1 phẩn ứng phân hạch (khoảng 200MeV) nhưng do số khối của các hạt nhân trong phản ứng nhiệt hạch trung bình là dưới 10, nhỏ hơn nhiều so với hạt nhân trong phân hạch, nên với cùng lượng chất tham gia phản ứng thì năng lượng nhiệt hạch tỏa ra nhiều hơn so với phân hạch. (khi đó số phản ứng nhiệt hạch cao hơn rất nhiều số phản ứng phân hạch.

Chọn đáp án B

Câu 13: Chọn phương án Đúng. Phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch là hai phản ứng hạt nhân trái ngược nhau vì:

A. một phản ứng toả, một phản ứng thu năng lượng.

B. một phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp, phản ứng kia xảy ra ở nhiệt độ cao.

C. một phản ứng là tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn, phản ứng kia là sự phá vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn.

D. một phản ứng diễn biến chậm, phản kia rất nhanh.

– Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành hạt nhân nặng hơn, còn phản ứng phân hạch là sự phá vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn.

Chọn đáp án C

Câu 14: Cho phản ứng hạt nhân: 

– Biết độ hụt khối của  là Δm_D = 0,0024u, Δm_He = 0,0505u và 1u = 931,5Mev/c², N_A = 6,022.1023 mol^-1.

– Nước trong tự nhiên có chứa 0,015% D₂O, nếu toàn bộ  được tách ra từ 1kg nước làm nhiên liệu dùng cho phản ứng trên thì toả ra năng lượng là:

A. 3,46.10⁸ KJ      

B. 1,73.10¹⁰ KJ

C. 3,46.10¹⁰ KJ     

D. 30,762.10⁶ kJ

– Độ hụt khối:

– Năng lượng một phản ứng toả ra:

– Khối lượng D₂O có trong 1000g H₂O = 0,015x 1000/100 = 0,15 g.

→Số phân tử D₂ chứa trong 0,15 g D₂O:

– Năng lượng có thể thu được từ 1 kg nước thường nếu toàn bộ đơtêri thu được đều dùng làm nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch là:

Chọn đáp án D