ملف تدريبي: طاقة الترابط النووي والتفاعلات النووية

في هذا الملف التدريبي، سوف نتدرَّب على ربط كتلة النواة بكتلة الجسيمات المُكَوَّنة منها النواة وطاقة الترابط النووي.

س١:

انفجار مستعر أعظم لنجم كتلته 2.00×10 kg، نتج عنه 1.00×10 J من الطاقة.

كم كيلوجرامًا من الكتلة تحوَّل إلى طاقة أثناء الانفجار؟

  • أ1.11×10 kg
  • ب7.11×10 kg
  • ج1.33×10 kg
  • د3.70×10 kg
  • ه3.33×10 kg

ما نسبة Δ𝑚/𝑚؛ الكتلة التي تدمرت إلى الكتلة الأصلية للنجم؟

  • أ5.56×101
  • ب3.28×101
  • ج2.32×101
  • د6.35×101
  • ه4.05×101

س٢:

للبروتونات طاقة سكون مقدارها 938.28 MeV، وللنيوترونات طاقة سكون مقدارها 939.57 MeV، وللإلكترونات طاقة سكون مقدارها 511 keV. اتحدت ست ذرات هيدروجين مع ست نيوترونات لتشكل ذرة C. ما مقدار الطاقة الناتجة عن هذا الاندماج، إذا كانت وحدة الكتل الذرية تكافئ 931.494 MeV؟

س٣:

لدينا التفاعل 𝑛++𝛾HeHe. افترِض أن المُتفاعِلات كانت في البداية في حالة سكون.

أوجد مقدار الطاقة المُنتقِلة إلى He.

  • أ7.19×10 MeV
  • ب5.68×10 MeV
  • ج6.83×10 MeV
  • د5.94×10 MeV
  • ه6.40×10 MeV

أوجد مقدار الطاقة المُنتقِلة إلى أشعة جاما.

س٤:

احسب طاقة الترابط لكل نيوكليون من 5626Fe. استخدم القيمة 55.9349 u للكتلة الذرية لـ 5626Fe، والقيمة 1.0073 u لكتلة السكون للبروتون، والقيمة 1.0087 u لكتلة السكون للنيوترون، والقيمة 0.00055 u لكتلة السكون للإلكترون.

س٥:

قدرة الخَرْج الكهربية لمُفاعِل نووي كبير 900 MW. تبلغ كفاءة هذا المُفاعِل النووي 35.0% في تحويل الحرارة المُنبعِثة من التفاعلات النووية إلى طاقة كهربية.

ما قدرة الخرج الحرارية؟

  • أ2.41×10 MW
  • ب2.12×10 MW
  • ج2.70×10 MW
  • د2.57×10 MW
  • ه2.28×10 MW

ما عدد أنوية 235U التي تتعرَّض للانشطار في كلِّ ثانية، بافتراض أن مُتوسِّط الطاقة المُحرَّرة لكلِّ عملية انشطار 200 MeV؟

  • أ8.85×10
  • ب8.04×10
  • ج1.12×10
  • د1.06×10
  • ه9.78×10

ما كتلة 235U التي تعرَّضت للانشطار في سنة واحدة من تشغيل المُفاعِل بقدرته الكاملة؟

  • أ603 kg
  • ب772 kg
  • ج991 kg
  • د449 kg
  • ه830 kg

س٦:

القدرة الناتجة من الشمس تساوي 4×10 W. 90% من طاقة الشمس تنتج من تفاعلات بروتون-بروتون المتسلسلة.

إذا كان تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل ينتج 26.7 MeV من اندماج أربعة بروتونات إلى نواة هليوم، فما عدد البروتونات المستنفدة في الثانية؟

  • أ8×10
  • ب10
  • ج5×10
  • د10
  • ه3×10

إذا كان تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل ينتج اثنين من النيوترينو‎، فكم نيوترينو يجب أن يكون موجودًا في الثانية لكل متر مربع عند سطح الأرض من تلك العملية؟

  • أ2×10
  • ب10
  • ج6×10
  • د8×10
  • ه2×10

س٧:

كفاءة محطة طاقة نووية تقوم بتحويل الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي إلى طاقة كهربية تساوي 35.0%. ما مقدار الكتلة التي دُمرت خلال سنة واحدة لإنتاج 1‎ ‎000 MW من الطاقة الكهربية بشكل متواصل؟

س٨:

احسب الطاقة المنطلقة من تفاعل الانشطار المستحث بواسطة النيوترون:n+USr+Xe+n238929638140543. استخدم القيمة 238.050788 u للتعبير عن الكتلة الذرية للعنصر 23892U، والقيمة 95.921750 u للتعبير عن الكتلة الذرية للعنصر 9638Sr، والقيمة 139.92164 u للتعبير عن الكتلة الذرية للعنصر 14054Xe، والقيمة 1.0087 u للتعبير عن الكتلة السكونية للنيوترون.

س٩:

خليط كتلته كيلوجرام واحد مُكوَّن من الديوتيريوم والتريتيوم اندمج لإنتاج الهليوم. توجد أعداد متساوية من ذرات الديوتيريوم والتريتيوم في هذا الخليط. الطاقة الناتجة بواسطة التفاعل تعتمد على فرق الكتلة بين الديوتيريوم والتريتيوم والنيوترونات ويُمكِن حسابها باستخدام القيمة 2.014102 u للكتلة الذرية للديوتيريوم، و3.016049 u للكتلة الذرية للتريتيوم، و4.002603 u للكتلة الذرية للهليوم، و1.008701 u للكتلة الذرية للنيوترونات.

ما مقدار الطاقة الناتجة عن اندماج الخليط كله؟

  • أ2.43×10 J
  • ب4.45×10 J
  • ج6.04×10 J
  • د7.92×10 J
  • ه3.37×10 J

إذا كان التفاعل يستمر لمدَّة عام بالضبط، فما متوسِّط قدرة الخرج من التفاعل في تلك المدة؟

س١٠:

تُنتِج الشمس طاقة بمُعدَّل 3.85×10 W عن طريق اندماج الهيدروجين. يذهب حوالي 0.7% من كل كيلوجرام هيدروجين إلى الطاقة التي تولِّدها الشمس.

كم كيلوجرامًا من الهيدروجين يدخل في عملية الاندماج كلَّ ثانية؟

  • أ6.14×10 kg/s
  • ب5.90×10 kg/s
  • ج5.99×10 kg/s
  • د5.83×10 kg/s
  • ه6.06×10 kg/s

إذا كان الهيدروجين يُمثِّل 90.0 من كتلة الشمس ويُمكِن أن يدخل نصف هذه النسبة في عملية الاندماج قبل أن تتغيَّر صفة الشمس، فما المدة الزمنية التي ستستمر خلالها الشمس في إنتاج الطاقة بمُعدَّلها الحالي؟

  • أ4.79×10 yr
  • ب5.02×10 yr
  • ج4.90×10 yr
  • د4.53×10 yr
  • ه4.67×10 yr

كم كيلوجرامًا تفقد الشمس من كتلتها كلَّ ثانية؟

  • أ4.27×10 kg
  • ب4.33×10 kg
  • ج4.40×10 kg
  • د4.46×10 kg
  • ه4.53×10 kg

ما نسبة الفقد في كتلة الشمس عند حدوث اندماج لنصف كتلة الهيدروجين الموجود بها؟

س١١:

يلمس أحد الأشخاص، عن طريق الخطأ، مصدر تيار متردِّد جهده 220 V، ويسحب تيارًا منه.

ما شدة التيار المسحوب، إذا كان الشخص يقف على سجادة مطاطية مقاومتها الكلية 420 kΩ؟

  • أ6.74×10 A
  • ب5.00×10 A
  • ج5.24×10 A
  • د7.63×10 A
  • ه4.32×10 A

ما شدة التيار المسحوب، إذا كان الشخص يقف على عشب مبلَّل مقاومته الكلية 2‎ ‎000 Ω؟

س١٢:

يمكن استخدام مياه البحار في تفاعلات الاندماج النووي، ويمكن افتراض أن الطاقة الكلية المتاحة للاندماج من مياه البحار في العالم تساوي 2.5×10 J، استخدم القيمة 1‎ ‎027 kg/m3 للتعبير عن كثافة مياه البحار.

كم يبلغ الانخفاض في كتلة مياه البحار في العالم؟

  • أ5.6×10 kg
  • ب8.3×10 kg
  • ج8.3×10 kg
  • د2.8×10 kg
  • ه2.8×10 kg

كم يبلغ الانخفاض في حجم مياه البحار في العالم؟

  • أ8.1×10 m3
  • ب2.7×10 m3
  • ج8.1×10 m3
  • د2.7×10 m3
  • ه5.5×10 m3

س١٣:

أوجد الطاقة المنبعثة في اضمحلال 𝛽 للعنصر Co-60، إذا كانت كتلة Co-60 الذرية تساوي 59.933819 u، وكتلة Ni-60 الذرية تساوي 59.930788 u. اكتب إجابتك لأقرب 4 أرقام معنوية.

س١٤:

احسب الكتلة المكافئة بوحدة الكتل الذرية لطاقة الترابط النووي التي مقدارها 13.6 eV لإلكترون في ذرة هيدروجين.

  • أ1.46×10 u
  • ب9.10×10 u
  • ج1.66×10 u
  • د6.92×10 u
  • ه2.35×10 u

س١٥:

تحرَّرت طاقة مقدارها 3.40×10 MeV في فناء كرة من المادة وكرة من المادة المضادة لها نفس الكتلة. ما كتلة كل كرة؟

س١٦:

احسب الطاقة المحرَّرة بواسطة الاضمحلال عن طريق أسر الإلكترون لـ 5727Co، علمًا بأن الكتلة الذرية لـ Co-57 هي 56.936296 u، وأن الكتلة الذرية لـ Fe-56 هي 56.935399 u.

س١٧:

أوجد الطاقة الكلية المحرَّرة، بوحدة جول، إذا تعرَّض 2.00 kg من 23592U للانشطار، علمًا بأن متوسط الطاقة المحرَّرة للانشطار 200 MeV.

  • أ3.28×10 J
  • ب4.10×10 J
  • ج8.21×10 J
  • د2.05×10 J
  • ه1.64×10 J

س١٨:

اكتشَف عالِم في فيزياء الجُسيمات جُسيمًا مُتعادِل الشحنة كتلته 2.01723 u وافترَض أنه يتكوَّن من نيوترونين مُرتبِطين معًا. أوجد طاقة الترابط، باستخدام القيمة 1.008664 u لكتلة النيوترون. قرِّب إجابتك لأقرب ثلاثة أرقام معنوية.

س١٩:

أجب عن المعادلات الآتية باستخدام القيمة 12.0107 u لكتلة 126C، 1.007276 u لكتلة البروتون، 0.000549 u لكتلة الإلكترون، 1.008664 u لكتلة النيوترون.

ما مقدار نقص الكتلة؟ قرِّب إجابتك لأقرب خمسة أرقام معنوية.

  • أ0.086520 u
  • ب0.084940 u
  • ج0.0000 u
  • د0.088234 u
  • ه0.089434 u

ما طاقة الترابط؟ قرِّب إجابتك لأقرب أربعة أرقام معنوية.

  • أ79.12 MeV
  • ب82.19 MeV
  • ج0.000 MeV
  • د80.59 MeV
  • ه83.31 MeV

س٢٠:

تخضع نواة 23892U لاضمحلال ألفا لتتحوَّل إلى عنصر الثوريوم-234. احسب الطاقة المُنطلِقة، باستخدام القيمة 238.050786 u للكتلة الابتدائية للنواة، والقيمة 234.043583 u لكتلة النواة بعد اضمحلالها، والقيمة 4.002603 u لكتلة جُسيم ألفا. قرِّب إجابتك لأقرب ثلاثة أرقام معنوية.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.