Dùng hạt \(\alpha \) có động năng \(5,00 MeV\) bắn vào hạt nhân \(_7^{14}N\) đứng yên gây ra phản ứng: \(\alpha {\rm{}} + _7^{14}N \to _1^1H + X\) . Phản ứng này thu năng lượng \(1,21{\rm{ }}MeV\) và không kèm theo bức xạ gamma. Lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u bằng số khối của chúng. Khi hạt nhân X bay ra theo hướng lệch với hướng chuyển động của hạt α một góc lớn nhất thì động năng của hạt \(_1^1H\) có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây?
Trả lời bởi giáo viên
Ta có:
\(\begin{array}{l}{K_X} + {K_H} = 5 - 1,21 = 3,79\\ \to {K_H} = 3,79 - {K_X}\end{array}\)
Vẽ giản đồ véc tơ \(\overrightarrow {{P_\alpha }} {\rm{}} = \overrightarrow {{P_X}} {\rm{}} + \overrightarrow {{P_H}} \) ;
Gọi \(\beta \) là góc hợp bởi hướng lệch của hạt X so với hướng chuyển động của hạt \(\alpha \) ta có:
\(\begin{array}{l}cos\beta = \dfrac{{p_X^2 + p_\alpha ^2 - p_H^2}}{{2{p_X}{p_\alpha }}} = \dfrac{{17{K_X} + 20 - 3,79 + {K_X}}}{{4\sqrt {85} \sqrt {{K_X}} }}\\ = \dfrac{{18\sqrt {{K_X}} + \dfrac{{16,21}}{{\sqrt {{K_X}} }}}}{{4\sqrt {85} }}\end{array}\)
Ta có: \(18\sqrt {{K_X}} + \dfrac{{16,21}}{{\sqrt {{K_X}} }} \ge 2\sqrt {18\sqrt {{K_X}} .\dfrac{{16,21}}{{\sqrt {{K_X}} }}} \approx 34,16\)
=> Để \(\beta \) đạt giá trị lớn nhất khi: \(18\sqrt {{K_X}} = \dfrac{{16,21}}{{\sqrt {{K_X}} }} \to {K_X} = 0,9MeV\)
=> \({K_H} = 3,79 - {K_X} = 3,79 - 0,9 = 2,89MeV\)
Hướng dẫn giải:
+ Sử dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích để viết phương trình phản ứng.
+ Sử dụng định luật bảo toàn động lượng trong phản ứng hạt nhân.
+ Công thức liên hệ giữa động lượng và động năng: \({p^2} = {\rm{ }}2mK\)
+ Công thức tính năng lượng toả ra của phản ứng: \(\Delta E{\rm{ }} = {\rm{ }}\left( {{m_t}-{\rm{ }}{m_s}} \right){c^2} = {\rm{ }}{K_s} - {\rm{ }}{K_t}\)
(Kt, Ks lần lượt là tổng động năng của các hạt trước và sau phản ứng)