| نصب اپلیکیشن

صفحه رسمی مای درس

اطلاع از آخرین تغییرات، جوایز و مسابقات مای درس
دنبال کردن

پاسخ پرسش ها و مسئله های فصل 6 صفحه 155 فیزیک دوازدهم ریاضی

-

گام به گام پرسش ها و مسئله های فصل 6 صفحه 155 درس آشنایی با فیزیک هسته ای

-

پرسش ها و مسئله های فصل 6 صفحه 155 درس 6

-

1- مرتبه بزرگی تعداد نوترون هایی را که می توان تنگ هم در یک توپ تنیس به شعاع 3/2cm جای داد، تخمین بزنید. در این صورت مرتبه بزرگی جرم این توپ چقدر است؟

(مرتبه بزرگی شعاع و جرم نوترون را به ترتیب 15-10 متر و 27-10 کیلوگرم در نظر بگیرید.)

2- برای Pb با عدد اتمی 82 و عدد جرمی 208 مطلوب است:

الف) تعداد نوکلئون ها

ب) تعداد نوترون ها

پ) بار الکتریکی خالص هسته

3- در هر یک از موارد زیر نماد X چه عنصری را نشان می دهد و در هسته هر یک چند نوترون وجود دارد؟ در صورت لزوم ازجدول تناوبی استفاده کنید.

4- آیا می توان ایزوتوپ X با عدد اتمی 25 و عددجرمی 61 را با روش شیمیایی از ایزوتوپ X با عدد اتمی 25 و عدد جرمی 59 جدا کرد؟ از ایزوتوپ Y با عدد اتمی 26 و عدد جرمی 61 چطور؟ پاسخ خود را توضیح دهید.

5- جاهای خالی در فرآیندهای واپاشی زیر نشان دهنده یک یا چند ذره آلفا بتا مثبت یا بتا منفی است. در هر واکنش، جای خالی را کامل کنید.

6- هسته دختر به دست آمده از هر یک از واپاشی های زیر را به صورت X با عدد اتمی Z و عددی جرمی A مشخص کنید.

 الف) Pu با عدد اتمی 94 و عدد جرمی 249 واپاشی a انجام دهد.

ب) سدیم  Na با عدد اتمی 94 و عدد جرمی 249 واپاشی بتا منفی انجام دهد.

پ) نیتروژن  N با عدد اتمی 7 و عدد جرمی 13 واپاشی بتا منفی انجام دهد.

ت) O با عدد اتمی 8 و عدد جرمی 15 واپاشی بتا مثبت انجام دهد.

7- سرب Pb با عدد اتمی 82 و عدد جرمی 207 هسته دختر پایداری است که می تواند از واپاشی آلفا یا واپاشی بتا منفی حاصل شود. فرآیندهای مربوط به هر یک از از این واپاشی ها را بنویسید. در هر مورد هسته مادر را به صورت X با عدد اتمی Z و عدد جرمی A مشخص کنید.

8- نپتونیم Np با عدد اتمی 93 و عدد جرمی 237 ایزوتوپی است که در راکتورهای هسته ای تولید می شود. این ایزوتوپ ناپایدار است و واپاشی آن از طریق گسیل ذرات گسیل ذرات آلفا، بتا منفی، آلفا و آلفا صورت می گیرد. پس از وقوع تمام این واپاشی ها، عدد اتمی و عدد جرمی هسته نهایی چقدر است؟

9- شکل زیر نمودار تغییرات تعداد هسته های مادر پرتوزای سهمونه را برحسب زمان نشان می دهد. نیمه عمر این سه نمونه را با هم مقایسه کنید.

10- هنگامی که نیتروژن جو زمین توسط پرتوهای کیهانی (که معمولا از جنس پروتون، ذره های آلفا و الکترون هستند) بمباران می شود، ایزوتوپ پرتوزای کربن 14 با آهنگ ثابتی در لایه های فوقانی جو تولید می شود. این کربن پرتوزا، با کربن 12 که به طور طبیعی در جو وجود دارد درهم می آمیزد. بررسی ها نشان داده است که به ازای هر 10000 میلیارد اتم پایدار کربن 12، تقریبا یک اتم پرتوزای کربن 14 از این طریق وارد جو می شود.

اتم های کربن جوی از طریق فعالیت های بیولوژیکی از قبیل فتوسنتز و تنفس، به نحو کاتورهای مکان خود را عوض می کنند و به بدن جانداران منتقل می شوند. به طوری که اتم های کربن هر موجود زنده شامل کسر کوچک و ثابتی از ایزوتوپ پرتوزای کربن 14 است.

وقتی موجود زنده ای می میرد، مقدار کربن پرتوزای به تله افتاده در موجود غیرزنده، با نیمه عمر 5730 سال رو به کاهش می گذارد.

کربن 14 موجود در یک نمونه زغال قدیمی، 1.56 درصد مقدار عادی کربن 14 موجود در زغالی است که تازه تولید شده است. سن تقریبی این زغال قدیمی چقدر است؟

11- نیمه عمر بیسموت 212 حدود 60 دقیقه است. پس از گذشت چهار ساعت، چه کسری از ماده اولیه، در نمونه ای از این بیسموت، باقی می ماند؟

12- معادله زیر بخشی از واکنشی را نشان می دهد که در یک راکتور هسته ای روی می دهد.

الف) اهمیت عددهای 235 و 92 را توضیح دهید.

ب) اتم های U با عدد اتمی 92 و عدد جرمی 236 پایدارند و خود به خود به قطعه هایی کوچکتر  همراه با تعدادی نوترون سریع (بین 2 تا 5 عدد) و مقدار زیادی انرژی واپاشیده می شود. این فرآیند چه نام دارد و انرژی آزاد شده در این فرآیند چگونه تعیین می شود؟

پ) اورانیم 235 عمدتا نوترون های با تندی کم را جذب می کند تا نوترون های سریع را توضیح دهید چگونه تندی نوترون ها را در قلب راکتور کم می کنند.

ت) چگونه تولید انرژی را در قلب راکتور کنترل می کنند؟

ث) واکنش زنجیری را توضیح دهید.

ج) انرژی به صورت گرما در قلب راکتور تولید می شود. چگونه گرما از قلب راکتور گرفته و به انرژی الکتریکی تبدیل می شود؟

چ) هنگامی که میله های سوخت از مرکز راکتور بیرون کشیده می شوند، آنها «پرتوزا» و «ایزوتوپ» هایی با «نیمه عمر» طولانی هستند. واژه های داخل گیومه را توضیح دهید.

13- الف) حدود 0.7 درصد اورانیوم موجود در سنگ معدن طبیعی اورانیم از ایزوتوپ 235 تشکیل شده است. در هر واکنش شکافت حدود 200MeV انرژی آزاد می شود. فرض کنید تمامی ایزوتوپ 235 موجود در یک کیلوگرم از این اورانیم بتواند بر اثر شکافت، انرژی خود را آزاد کند. مقدار این انرژی برحسب مگا الکترون ولت و ژول چقدر است؟

ب) با سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ، حدود 30 مگاژول انرژی گرمایی آزاد می شود. چند کیلوگرم زغال سنگ باید بسوزد تا معادل انرژی به دست آمده در قسمت الف، انرژی تولید شود؟

14- یکی از واکنش های ممکن در شکافت U با عدد اتمی 92 و عدد جرمی 235 داده شده است. در این واکنش عدد اتمی Z، عدد جرمی A و عنصر X را در X تعیین کنید.

در صورت لزوم از جدول تناوبی کمک بگیرید.

15- در واکنش زیر چه تعداد نوترون تولید می شود؟

16- بازده نیروگاه هسته ای بوشهر حدود 35 درصد است. یعنی 65 درصد انرژی حاصل از شکافت ایزوتوپ اورانیم 235، به صورت گرما تلف و حدود 35 درصد آن، به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. با توجه به اینکه در هر شکافت حدود 200MeV انرژی آزاد می شود، چند کیلوگرم اورانیم 235 در سال شکافت پیدا می کند؟ (فرض کنید نیروگاه در طول سال با توان پایدار 1000 مگاوات کار می کند)

17- انرژی آزاد شده در هر واکنش شکافت اورانیم 235 با یک نوترون کُند حدود 202/5MeV و در هر واکنش گداخت دوتریم با تریتیم حدود 17/6MeV است.

الف) تعداد نوکلئون های شرکت کننده در هر واکنش شکافت چقدر است؟ انرژی آزادشده به ازای هر نوکلئون را حساب کنید.

ب) تعداد نوکلئون های شرکت کننده در هر واکنش گداخت چقدر است؟ انرژی آزاد شده به ازای هر نوکلئون را حساب کنید.

پ) نتیجه های قسمت (الف) و (ب) را با یکدیگر مقایسه کنید. با توجه به نیاز روزافزون بشر به انرژی، و با توجه به  اینکه مواد قابل شکافت مانند U با عدد جرمی 235 به مقدار بسیار کمی در طبیعت وجود دارد. ولی دوتریم به طور فراوان در آب اقیانوس ها و دریاها موجود است و جدا کردن آن از هیدروژن معمولی آسان و کم هزینه است، اهمیت این مقایسه را توضیح دهید.

1)

2) الف)

ب)

پ)

هسته از پروتون و نوترون تشکیل شده است که نوترون بار ندارد و بار پروتون مثبت است. پس بار الکتریکی خالص هسته مثبت است.

3) الف)

ب)

پ)

4) ایزوتوپ X با عدد اتمی 25 و عدد جرمی 61 و X با عدد اتمی 25 و عدد جرمی 59 دارای عدد اتمی یکسان اند پس خواص شیمیایی یکسانی دارد و با روش شیمیایی نمی توان این دو ایزوتوپ را جدا کرد. این دو ایزوتوپ دارای خواص فیزیکی متفاوت مانند عدد جرمی و عدد نوترونی متفاوت می باشند.

ولی ایزوتوپ X با عدد اتمی 25 و عدد جرمی 61 و X با عدد اتمی 26 و عدد جرمی 61 را می توان به روش شیمیایی جدا کرد. زیرا عدد اتمی و خواص شیمیایی متفاوتی دارند.

5)

6) الف) اورانیوم:

ب) منیزیم:

پ) اکسیژن:

ت) نیتروژن:

7) پلونیوم:

تالیم:

8)

9) زمان نیمه عمر، زمانی است که تعداد هسته های اولیه (N0) نصف می شود. با توجه به نمودار و تعیین نیمه عمر سه نمودار می توان نتیجه گرفت:

10)

11)

12) الف)

عددهای ۲۳۵ و ۹۲ نشان می دهد که هسته سنگین است. در هسته های سنگین که تعداد پروتون ها و نوترون های آنها زیاد است، و فقط نوکلئون های مجاور بر هم نیروی هسته ای اثر می دهند، اما همه ی پروتون ها بر هم نیروی کولنی وارد می کنند؛ یعنی تعداد نیروهای دافعه ی الکتریکی بین پروتون ها در مقایسه با تعداد جاذبه ی هسته ای قوی زیاد است و این موجب ناپایداری هسته می شود.

در تمام هسته های پایدار، نیروهای جاذبه هسته ای بر نیروی دافعه ی کولنی غلبه دارد. اما در هسته ی اورانیوم این برتری شکننده است.

ب) هنگامی که یک نوترون کند که به هسته ی U235 نزدیک می شود، هسته با نزدیک شدنش مخالفت نمی کند و به راحتی نوترون را می بلعد و آن را به جمع نوكلئون های خود می افزاید. اضافه شدن یک نوترون باعث کش آمدن هسته ی اورانیوم می شود. نیروی کولنی از این فرصت استفاده نموده و هسته را کشیده و کشیده تر می کند. اگر این کشیدگی از حد (مرحله ی بحرانی) بگذرد، نیروهای هسته ای تسلیم می شوند و دسته ی اورانیوم به دو هسته ی سبک تر شکافته می شود. این فرآیند را شکافت هسته ای می نامند. انرژی آزاد شده از اختلاف جرم هسته اولیه و هسته تولید شده تعیین می گردد. E=Δmc2

پ) اورانیوم را در قطعه های کوچک تقسیم کرده، و بین آنها لایه ای کربن (گرافیت) قرار می دهند. به این ترتیب انرژی نوترون ها در برخورد با اتم های سبک کربن به شدت کاهش می یابد. برای کند کردن نوترون از آب معمولی، آب سنگین، گرافیت مورد استفاده قرار می گیرد.

ت) از ترکیب های موادی مثل کادمیوم و بور برای جذب نوترونها بهره می گیریم. این مواد را به صورت میله ای در آورده و در داخل راکتور کار گذاشته می شود. به این میله ها، میله های کنترل می گویند. میله های کنترل اجازه نمی دهند که درصد نوترون ها در سوخت هسته ای از میزان مجاز بالاتر رود.

ث) در یک قطعه اورانیم بعد از این که اولین واکنش شکافت انجام شد، چند نوترون نوزاد و پرانرژی بعد از طی مسافتی آنقدر به ذره های مسیرشان برخورد می کنند تا کند و تنبل شوند و هر کدام شان در آغوش یک هسته U235 دیگر آرام بگیرند. بنابراین اگر هر نوترون آزاد شده، جذب یک هسته U235 دیگر شود، به تعداد آنها واکنش شکافت جدید رخ می دهد. بطور نمونه، اگر به ازای هر واکنش شکافت ۳ نوترون آزاد شود، سه واکنش شکافت دیگر رخ می دهد و ۹ نوترون جدید متولد می شود و اگر این ۹ تا توسط هسته ۲۳۵U دیگر بلعیده شوند، ۲۷ نوترون دیگر آزاد می شود و ... و به این ترتیب، در مدت کوتاهی شاهد زنجیره ای از واکنش های شکافت خواهیم بود. به همه این واکنش ها به طور یکجا «واکنش زنجیره ای» می گوییم.

ج) درون محفظه ی راکتور، آب با فشار زیاد جریان دارد. فشار زیاد باعث می شود، نقطه جوش آب به شدت افزایش می یابد و در دمای زیاد می جوشد. آب پرفشار، گرمای حاصل از واکنش زنجیره ای را می گیرد و آن را از محفظه ی راکتور خارج و در یک محفظه ی دیگر به آب کم فشار می دهد و آب کم فشار را به سرعت تبخیر می کند. آب های بخار شده، توربین های مولد جریان الکتریکی را به چرخش وا می دارد و از این طریق انرژی شکافت هسته ای به انرژی مفید الکتریکی تبدیل می شود.

چ) پرتوزایی با رادیواکتیویته

هسته ی بعضی از اتم ها برای آن که به وضع پایدارتری برسند، خود به خود و بدون دخالت عوامل بیگانه، دچار تغییر و دگرگونی می شوند و در این فرایند، ذره ها پرتوهایی را تابش می کنند. به این ویژگی برخی هسته ها که فعالانه در حال واپاشی و تابش ذره ها و پرتوها هستند، رادیواکتیویته یا پرتوزایی و به این هسته ی خود به خود وا پاشنده هسته های رادیواکتیو یا پرتوزا می گویند.

ایزوتوپ:

اتم هایی را که پروتون های آنها، با هم مساوی و تعداد نوترون هایشان مختلف است، ایزوتوپ می گویند.

نیمه عمر:

نیمه عمر مدت زمانی است که نیمی از هسته های فعال یک ماده ی پرتوزا، غیر فعال شود یا به تعبیری دیگر نیمه عمر مدت زمانی است که تعداد هسته های فعال یک ماده ی پرتوزا نصف شود.

13) الف)

ب)

انرژِی حاصل از 7 گرم اورانیوم معادل سوختن 19/1 تن زغال است.

14)

15)

16)

17)

الف) تعداد نوکلئون های واکنش شکاف اورانیوم:

ب) تعداد نوکلئون های واکنش گداخت دوتریم با تریتیم

پ) مقدار انرژی آزاد شده هر نوکلئون در واکنش گداخت هسته ای (دوتریم با تریتیم) ۴/۱ برابر مقدار انرژی آزاد شده هر نوکلئون شکافت هسته ای است.

تولید انرژی بیشتر و پرتوزایی کمتر و نداشتن پسماند و هسته های باقی مانده از اهمیت های واکنش گداخت است.



مای درس ، برترین اپلیکیشن کمک درسی ایران

پوشش تمام محتواهای درسی پایه چهارم تا دوازدهم
  • آزمون آنلاین تمامی دروس
  • گام به گام تمامی دروس
  • ویدئو های آموزشی تمامی دروس
  • گنجینه ای از جزوات و نمونه سوالات تمامی دروس
  • فلش کارت های آماده دروس
  • گنجینه ای جامع از انشاء های آماده
  • آموزش جامع آرایه های ادبی، دستور زبان، قواعد زبان انگلیسی و ... ویژه
کاملا رایگان +500 هزار کاربر

همین حالا نصب کن


محتوا مورد پسند بوده است ؟

5 - 0 رای

sticky_note_2 گام به گام قسمت های دیگر فصل آشنایی با فیزیک هسته ای

sticky_note_2 گام به گام قسمت های دیگر فصل آشنایی با فیزیک اتمی