Bài 24. Công nghiệp hạt nhân trang 82, 83 SBT Vật lí 12 Kết nối tri thức

24.1

Đánh dấu (x) vào các cột (đúng) hoặc (sai) tương ứng với các nội dung trong bảng dưới đây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

24.2

Máy cán vật liệu thô thành lá vật liệu có độ dày được điều chỉnh tự động là một sản phẩm ứng dụng tính chất đâm xuyên của tia phóng xạ (Hình 24.1). Biết rằng, với một nguồn phóng xạ mới, chùm tia phóng xạ sẽ giảm độ phóng xạ n₀ = 8 lần khi đi qua lá thép có độ dày tiêu chuẩn d₀ = 6 mm. Nếu người ta cài đặt máy để cán được lá thép có độ dày d₁ thì độ phóng xạ khi qua lá vật liệu sẽ giảm \({{\rm{n}}_1} = {\rm{n}}_0^{\frac{{{{\rm{d}}_1}}}{{\;{{\rm{d}}_0}}}}\) lần.

a) Dựa vào Hình 24.1 hãy mô tả nguyên lí hoạt động của máy cán vật liệu tự động.

b) Độ phóng xạ tới đầu thu sẽ thay đổi như nào khi độ dày lá thép thay đổi từ d₀ sang d₁.

c) Thay nguồn phóng xạ mới bằng một nguồn đã sử dụng một khoảng thời gian bằng chu kì bán rã của nguồn phóng xạ. Nếu các thông số cài đặt vẫn giữ nguyên thì độ độ dày của lá vật liệu sản xuất ra sẽ bằng bao nhiêu? Để độ dày của lá vật liệu sản xuất ra vẫn là giá trị d₀ = 6 mm thì người ta cần hiệu chỉnh máy cán tới độ dày nào?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

a) Ở độ dày tiêu chuẩn, đầu thu sẽ nhận một độ phóng xạ xác định, do đó mức tín hiệu ở đầu thu cũng xác định, cho nên hệ thống máy tính không gửi tín hiệu điều chỉnh vị trí con lăn. Vì lí do nào đó lá vật liệu có độ dày lại khác độ dày tiêu chuẩn, thì tín hiệu đầu thu sẽ thay đổi do độ phóng xạ tới đầu thu bị thay đổi. Thông qua hệ thống máy tính, một tín hiệu điều chỉnh vị trí con quay cán vật liệu sẽ được gửi đi, nhằm đưa độ dày của lá vật liệu trở về giá trị tiêu chuẩn d₀.

b) Để cán được lá thép có độ dày d₁ thì độ phóng xạ khi qua lá vật liệu sẽ giảm \({{\rm{n}}_1} = {\rm{n}}_0^{\frac{{{{\rm{d}}_1}}}{{\;{{\rm{d}}_0}}}}\)lần.

Độ phóng xạ tới đầu thu sẽ thay đổi khi độ dày lá thép thay đổi từ d₀ sang d₁ là \(\frac{{{n_0}}}{{{n_1}}} = \frac{{{n_0}}}{{n_0^{\frac{{{d_1}}}{{\;{d_0}}}}}} = n_0^{1 - \frac{{{d_1}}}{{\;{d_0}}}}\) lần.

c) Độ dày lá vật liệu sản xuất ra là: \({{\rm{d}}_{{\rm{sx}}}} = {{\rm{d}}_0}\left( {1 + {{\log }_{\rm{n}}}\frac{1}{2}} \right) = 4\;{\rm{mm}}\)

Người ta cẩn hiệu chỉnh máy tới giá trị: \({{\rm{d}}_{{\rm{hc}}}} = {{\rm{d}}_0}\left( {1 + {{\log }_{\rm{n}}}2} \right) = 8\;{\rm{mm}}\)

24.3

Các tính chất của phân rã phóng xạ được ứng dụng để chế tạo Pin nguyên tử. Pin nguyên tử có độ tin cậy cao, dung lượng pin có thể duy trì được ở mức cao trong thời gian dài khi sử dụng khi sử dụng nguồn phóng xạ có chu kì bán rã lớn. Pin thường được sử dụng cho các nhiệm vụ đòi hỏi yêu cầu cao như thiết bị y tế đặc biệt hoặc các chuyến du hành vũ trụ dài ngày,... Dựa vào các thông tin được ghi trên Hình 24.2 em hãy:

a) Xác định khối lượng tối thiểu của đồng vị phóng xạ được cho vào pin nguyên tử, biết rằng đồng vị ²³⁸Pu có chu kì bán rã là 87,7 năm.

b) Suất điện động của pin tỉ lệ thuận với độ phóng xạ. Người ta sẽ thay pin khi công suất pin giảm 50% so với giá trị công suất ban đầu. Sau bao lâu người bệnh mới cần mổ để thay pin nguyên tử cho thiết bị điều hoà điện tim?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

a) Thông tin trên vỏ hộp cho thấy độ phóng xạ của mẫu là:

\(H = \lambda N \Rightarrow 2,5Ci = \frac{{\ln 2}}{T}.N \Rightarrow 2,5.3,{7.10^{10}} = \frac{{\ln 2}}{{87,7.365.86400}}N \Rightarrow N = 3,{69.10^{20}}\)

Do vậy khối lượng của của mẫu phóng xạ trong pin nguyên tử là:

\({\rm{m}} = \frac{{\rm{N}}}{{{{\rm{N}}_{\rm{A}}}}} \cdot 238\;{\rm{g}} = \frac{{3,69 \cdot {{10}^{20}}}}{{6,02 \cdot {{10}^{23}}}} \cdot 238\;{\rm{g}} \approx 0,15\;{\rm{g}}.\)

b) Công suất pin \(P = \frac{{{E^2}}}{R}\) tỉ lệ với bình phương suất điện động. Công suất giảm đi 50% = 0,5 thì suất điện động giảm đi \(\sqrt {0,5}  = 0,71\)lần.

Lại có suất điện động của pin tỉ lệ thuận với độ phóng xạ nên giá trị này cũng là độ giảm của độ phóng xạ.

Do vậy thời gian t cần thay pin là: \(\frac{H}{{{H_0}}} = {2^{ - \frac{t}{T}}} \Rightarrow 0,71 = {2^{ - \frac{t}{{87,7}}}} \Rightarrow t = 43,3\) năm.

24.4

Vì sao các nhà máy điện hạt nhân thường được xây dựng cạnh hồ, sông và bờ biển?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

Lí do các nhà máy điện hạt nhân thường được xây dựng cạnh hồ, sông và bờ biển là vì: nhà máy điện hạt nhân toả ra rất nhiều nhiệt, cần nhiều nước để làm mát.

24.5

Liệt kê các nguy cơ ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi trường nếu không may xảy ra sự cố tại lò phản ứng hạt nhân.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

Nguy cơ ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi trường nếu không may xảy ra sự cố tại lò phản ứng hạt nhân: rủi ro về sự an toàn, gây ô nhiễm phóng xạ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khoẻ con người; tạo ra chất thải phóng xạ, có thể gây nguy hiểm trong hàng trăm năm, việc quản lí và xử lí chất thải gây lo ngại về rò rỉ phóng xạ và ô nhiễm.

24.6

Nêu vai trò của các nhà máy điện hạt nhân trong đời sống.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

Nhà máy điện hạt nhân giúp giảm khí thải nhà kính, mang lại nguồn cung cấp điện ổn định, đảm bảo năng lượng bền vững, đem lại lợi ích kinh tế lâu dài.

24.7

Đánh giá các ưu điểm, nhược điểm và cơ hội phát triển của các nhà máy điện hạt nhân.

Phương pháp giải:

thức 

Lời giải chi tiết:

– Ưu điểm của nhà máy điện hạt nhân: cung cấp năng lượng hạt nhân giúp giảm khí thải nhà kính, mang lại nguồn cung cấp điện ổn định, đảm bảo năng lượng bền vững, đem lại lợi ích kinh tế lâu dài. Hệ thống khai thác năng lượng hạt nhân có thể hoạt động trong thời gian dài mà không cần bổ sung nhiên liệu.

– Nhược điểm của nhà máy điện hạt nhân: tạo ra chất thải nguy hại cho môi trường, quá trình vận hành có khả năng rủi ro và sự cố khá cao, chi phí xây dựng tốn kém cũng như tiềm tàng nguy cơ về an ninh hạt nhân.

– Để đáp ứng nhu cầu năng lượng không ngừng tăng nhanh thì cơ hội phát triển các nhà máy điện hạt nhân là khả thi.

24.8

Tại sao người ta sử dụng tia gamma trong chụp ảnh phóng xạ cắt lớp bên trong cơ thể?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

Lí do người ta sử dụng tia gamma trong chụp ảnh phóng xạ cắt lớp bên trong cơ thể là vì: Tia γ có khả năng đâm xuyên lớn. Khi các chất phóng xạ di chuyển trong cơ thể, chúng phát ra các tia γ xuyên qua các thành phần cơ thể đến đầu dò tín hiệu và ta thu được thông tin về vị trí, tính chất, thành phần cơ thể bị tia γ xuyên qua.

24.9

Nêu vai trò của y học hạt nhân trong đời sống.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

Vai trò của y học hạt nhân trong đời sống:

- Chẩn đoán và điều trị các bệnh ung thư, bệnh nội tiết, tim mạch...;

- Xử lí thực phẩm sử dụng bức xạ ion hoá, khử trùng các sản phẩm và thiết bị y tế (đồng phục, dụng cụ, băng gạc,...);

- Xác định nguồn nước, đánh giá nguy cơ xâm nhập nước mặn hoặc ô nhiễm nguồn nước, kiểm tra khả năng sử dụng nước;

- Phát hiện các khu vực đất bị xói mòn,...

24.10

Đánh giá các ưu điểm, nhược điểm và cơ hội phát triển của y học hạt nhân.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công nghệ hạt nhân

Lời giải chi tiết:

Ưu điểm, nhược điểm và cơ hội phát triển của y học hạt nhân:

– Chẩn đoán hình ảnh; Chẩn đoán hình ảnh kết hợp; Công nghệ chụp PET (Positron Emission Tomography); Công nghệ chụp SPECT – Chụp tim mạch và xạ hình xương; Điều trị ung thư,...

– Nhiễm quá nhiều phóng xạ có khả năng làm tổn thương các cơ quan hoặc mô trong cơ thể, thậm chí làm tăng nguy cơ ung thư.

– Khi công nghệ tiến bộ, các nhà khoa học hi vọng rằng các phương pháp điều trị sẽ tác động nhiều hơn đến khối u hoặc bệnh và ít ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể.