Năng lượng liên kết của các hạt nhân \(_1^2{\rm{H}},_2^4{\rm{He}},_{26}^{56}{\rm{Fe}}\) và \(_{92}^{235}{\rm{U}}\) lần lượt là 2,22 MeV; 28,3 MeV; 492 MeV và 1786 MeV. Hạt nhân bền vững nhất là hạt nhân nào?

a) Do điện tích và số nucleon được bảo toàn trong các phản ứng hạt nhân nên:

\(3 + 1 = 2 + Z \Rightarrow Z = 2\)

\(6 + 2 = 4 + A \Rightarrow A = 4\)

Hạt nhân \(_Z^A{\rm{X}}\) là \(_2^4{\rm{He}}.\)

Phương trình phản ứng hạt nhân có dạng: \(_3^6{\rm{Li}} + _1^2{\rm{D}} \to _2^4{\rm{He}} + _2^4{\rm{He}}.\)

b) Năng lượng toả ra của một phản ứng hạt nhân:

Etoả = (mtrước – msau)c2\( = [(6,01512{\rm{u}} + 2,01410{\rm{u}}) - (2.4,00260{\rm{u}})]{{\rm{c}}^2}\)

\( = 0,02402{\rm{u}}{{\rm{c}}^2} = 0,02402.\left( {931,5{\rm{MeV}}/{{\rm{c}}^2}} \right){{\rm{c}}^2} = 22,37{\rm{MeV}}.\)

c) Mỗi phản ứng tạo ra hai nguyên tử helium nên để tổng hợp được 1,00 g helium, số phản ứng cần xảy ra là

\(\frac{{(1,00\;{\rm{g}})}}{{(4\;{\rm{g}}/{\rm{mol}})}} \cdot (6,02 \cdot {10^{23}}\) nguyên tử /mol) : (2 nguyên tử /phản ứng) = 7,53.1022 phản ứng.

Tổng năng lượng toả ra khi tổng hợp được 1,00 g helium là

E = (7,53.1022 phản ứng).(22,4 MeV/phản ứng)\( \cdot \left( {1,6 \cdot {{10}^{ - 13}}\;{\rm{J}}/{\rm{MeV}}} \right) = 2,69 \cdot {10^{11}}\;{\rm{J}}\)

Năng lượng này đun sôi được số kilôgam nước ở \({20^^\circ }{\rm{C}}\) là

\(m = \frac{E}{{c\Delta t}} = \frac{{\left( {2,70 \cdot {{10}^{11}}\;{\rm{J}}} \right)}}{{(4180\;{\rm{J}}/{\rm{kg}} \cdot {\rm{K}}) \cdot \left( {{{100}^^\circ }{\rm{C}} - {{20}^^\circ }{\rm{C}}} \right)}} = 8,07 \cdot {10^5}\;{\rm{kg}}\)

Đáp án: a) \(_3^6{\rm{Li}} + _1^2{\rm{D}} \to _2^4{\rm{He}} + _2^4{\rm{He}}.\); b) \(22,4{\rm{MeV}}\); c) \({8,07.10^5}\;{\rm{kg}}.\)

Số hạt nhân He trong 100 g \(_2^3{\rm{He}}\) là: \({{\rm{N}}_{{\rm{He}}}} = \frac{{\rm{m}}}{{\rm{A}}} \cdot {{\rm{N}}_{\rm{A}}} = \frac{{100}}{3} \cdot 6,023 \cdot {10^{23}} \approx 2 \cdot {10^{25}}\)

Năng lượng tỏa ra khi tạo thành 100 g He là: \({2.10^{25}} \cdot 3,27 = {6,54.10^{25}}{\rm{MeV}}\)

Số hạt nhân U trong 100g  \(_{92}^{235}{\rm{U}}\) là: \({{\rm{N}}_{{\rm{He}}}} = \frac{{\rm{m}}}{{\rm{A}}} \cdot {{\rm{N}}_{\rm{A}}} = \frac{{100}}{{235}} \cdot 6,023 \cdot {10^{23}} = 2,56 \cdot {10^{23}}\)

Năng lượng tỏa ra khi phân hạch 100 g  \(_{92}^{235}{\rm{U}}\) là \(2,56 \cdot {10^{23}} \cdot 200 = {5,13.10^{25}}{\rm{MeV}}\)

Năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch tạo thành 100 g \(_2^3{\rm{He}}\) lớn hơn năng lượng tỏa ra khi phân hạch 100 g \(_{92}^{235}{\rm{U}}\)

Đáp án: 1,41.1025 MeV.