Năng lượng của Mặt Trời và các ngôi sao trong vũ trụ đều có nguồn gốc từ các phản ứng nhiệt hạch, bắt đầu từ việc đốt cháy hydrogen để tạo thành helium (được gọi là chu trình proton – proton). Xét một ngôi sao đã đốt cháy hoàn toàn hydrogen thành helium và coi rằng các hạt nhân helium tạo thành đều tham gia vào quá trình ba – alpha theo phương trình: \(_2^4{\rm{He}} + _2^4{\rm{He}} + _2^4{\rm{He}} \to _6^{12}{\rm{C}} + 7,275{\rm{MeV}}.\) Nếu khối lượng của ngôi sao vào thời điểm đó là 4.10³⁰ kg (khi tất cả hạt nhân trong ngôi sao đều là helium) và công suất toả nhiệt của ngôi sao là 3,8.10³⁰ W thì sau bao lâu toàn bộ hạt nhân \(_2^4{\rm{He}}\) chuyển hoá hoàn toàn thành \(_6^{12}{\rm{C}}\)? Cho biết số Avogadro là N_A ≈ 6,022.10²³ mol^-1.

Bom nhiệt hạch dùng phản ứng: \(_1^2{\rm{D}} + _1^3\;{\rm{T}} \to _2^4{\rm{He}} + _0^1{\rm{n}}.\) Cho biết khối lượng của các nguyên tử \(_1^2{\rm{D}},_1^3\;{\rm{T}},_2^4{\rm{He}}\) và khối lượng hạt neutron lần lượt là: \(2,0141{\rm{u}}\); \(3,0160{\rm{u}};4,0026{\rm{u}}\) và \(1,0087{\rm{u}}.\)

(a) Tính năng lượng toả ra nếu có \(1,000\;{\rm{kg}}\) He được tạo thành do vụ nổ.

(b) Năng lượng nói trên tương đương với năng lượng tỏa ra khi bao nhiêu kg \(_{92}^{235}{\rm{U}}\) phân hạch hết nếu mỗi phân hạch toả ra \(200,0{\rm{MeV}}\) ?

Một phản ứng phân hạch của hạt nhân uranium giải phóng năng lượng trung bình \(200{\rm{\;MeV}}\) cho mỗi phản ứng. Biết một hạt nhân uranium có khối lượng \(235u\), \(1u = 1,66 \times {10^{ - 27}}{\rm{\;kg}}\). Xét các phát biểu sau:

Xét phản ứng hạt nhân: \(_1^2H + _1^3H \to _2^4He + _0^1n\). Biết tổng khối lượng các hạt trước phản ứng lớn hơn tổng khối lượng các hạt sau phản ứng một lượng \(0,0188u\). Cho \(1u = 931,5{\rm{\;MeV}}/{c^2}\), \(1{\rm{\;MeV}} = 1,6 \times {10^{ - 13}}{\rm{\;J}}\). Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một nhà máy điện sử dụng uranium để thay thế cho một nhà máy nhiệt điện than. Nhà máy than cần đốt \(5,0 \times {10^5}\) tấn than để tạo ra cùng lượng năng lượng mà nhà máy uranium tạo ra chỉ cần \(20{\rm{\;kg}}\) uranium. Xét các phát biểu sau:

Hạt nhân \(_{94}^{239}{\rm{Pu}}\) hấp thụ một neutron nhiệt rồi phân hạch thành hai hạt nhân \(_{54}^{134}{\rm{Xe}}\) và \(_{40}^{103}{\rm{Zr}}.\)

(a) Xác định số hạt neutron phát ra sau phản ứng phân hạch đó và viết phương trình phản ứng.

(b) Tính năng lượng toả ra của mỗi phản ứng phân hạch đó. Cho biết khối lượng của các nguyên tử \(_{94}^{239}{\rm{Pu}},_{54}^{134}{\rm{Xe}},_{40}^{103}{\rm{Zr}}\) và khối lượng hạt neutron lần lượt là: \(239,05216{\rm{u}};133,90539{\rm{u}};102,92719{\rm{u}}\) và \(1,00866{\rm{u}}.\)

(c) Tính năng lượng toả ra khi 9,00 kg \(_{94}^{239}{\rm{Pu}}\) bị phân hạch hoàn toàn theo phản ứng ở câu a.

Xét phản ứng nhiệt hạch: \(_1^2{\rm{H}} + _1^2{\rm{H}} \to _2^4{\rm{He}}\) có năng lượng toả ra là 3,25 MeV. Nếu quá trình nhiệt hạch sử dụng hết 150 g \(_1^2{\rm{H}}\) thì tổng năng lượng thu được là bao nhiêu? Coi khối lượng mol gần bằng số khối của hạt nhân. Biết số Avogadro là N_A ≈ 6,022.10²³ mol^-1.

Cho phản ứng nhiệt hạch: \(_1^3H + _1^2H \to \,_2^4He + _0^1n + 17,5MeV.\) Tính năng lượng toả ra trong phản ứng trên khi 1 kg helium được tạo thành. Hãy so sánh với năng lượng toả ra khi \(1\;{\rm{kg}}_{92}^{235}{\rm{U}}\) phân hạch.