Física Nuclear & Reacciones Nucleares Problemas de

Física Nuclear & Reacciones Nucleares
Problemas de Practica
AP Física B de PSI
Nombre_________________________________
Preguntas de Multiopción
1. El núcleo atómico se compone de:
(A) electrones
(B) protones
(C) protones y electrones
(D) protones y neutrones
(E) neutrones y electrones
2. El número de masa atómica representa lo siguiente:
(A) El número total de electrones en el átomo
(B) El número total de protones en el átomo
(C) El número total de protones y neutrones en el átomo
(D) El número total de neutrones en el átomo
(E) El número total de electrones y protones en el átomo
3. El número atómico representa el siguiente:
(A) El número de protones en el átomo
(B) El número de neutrones en el átomo
(C) El número total de protones y neutrones en el átomo
(D) El número total de electrones y neutrones el átomo
(E) El número total de protones y electrones en el átomo
4. El isótopo del carbono, 146C , consiste de:
Protones
Neutrones
(A) 6
6
(B) 6
7
(C) 6
8
(D) 6
14
(E) 6
12
5. El isótopo de uranio, 23892U, consiste de:
Protones
Neutrones
(A) 92
143
(B) 92
146
(C) 92
144
(D) 92
145
(E) 92
238
6. Cuando un electrón es emitido por un inestable núcleo el número de masa atómica:
(A) Aumenta por 1
(B) Aumenta por 2
(C) Disminuye 1
(D) Disminuye por 2
(E) No cambia
7. Cuando un positrón es emitido por un núcleo inestable el número de masa atómica:
(A) Aumenta por 1
(B) Aumenta por 2
(C) Disminuye 1
(D) Disminuye por 2
(E) No cambia
8. Cuando una partícula α es emitida por un inestable núcleo el número de masa atómica:
(A) Aumenta por 1
(B) Aumenta por 2
(C) Disminuye 1
(D) Disminuye por 2
(E) No cambia
9. Cuando los protones y los neutrones libres se unen para formar un núcleo, la energía es:
(A) Absorbe
(B) Destruida
(C) Creada (D) Sigue siendo la misma (E) Liberada
10. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la masa de los nucleones separados y la masa del
núcleo que forman es correcta?
(A) La masa de los nucleones separados es mayor que la masa del núcleo que forman
(B) La masa de los nucleones separados es menor que la masa del núcleo que forman
(C) La masa de los nucleones separados es igual a la masa del núcleo que forman
(D) La masa de los nucleones separados es mayor que la masa del núcleo sólo para los núcleos
ligeros
(E) La masa de los nucleones separados es mayor que la masa del núcleo sólo para los núcleos
pesados
11. ¿Cuál de las siguientes es la masa de defecto de un núcleo? (M - masa del núcleo, mp - masa de
protónes, mn - masa de neutrones)
(A) Δm = Nmn + Zmp + M
(B) Δm = Nmn - Zmp – M
(C) Δm = Nmn - Zmp – M
(D) Δm = Nmn + Zmp – M
(E) Δm = M - Nmn + Zmp
12. ¿Cuál de las siguientes es la energía de enlace?
(A) E = hf
(B) E = mgh
(C) E = 1/2mv2
(D) E = qV
(E) E = Δmc2
13. ¿Cuál de las siguientes es el producto correcto de la desintegración α: 22688Ra→ ? + 42He
(A) 23290Th
(B) 23191Pa
(C) 22286Rn
(D) 22387Fr
(E) 21085At
14. ¿Cuál de los siguientes es el producto correcto de la descomposición β: 146C → ? + 0-1e
(A) 127N
(B) 137N
(C) 178O
(D) 168O
(E) 147N
15. ¿Cuál de los siguientes es el producto correcto de la descomposición β+: 1910Ne → ? + 0+1e
(A) 199F
(B) 188O
(C) 178O
(D) 168O
(E) 2311Na
16. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones NO es cierta sobre la radiación α?
(A) Es producida por los núcleos inestables
(B) Puede penetrar un pedazo de papel
(C) Puede ionizar gases
(D) Puede ser desviado por un campo magnético
(E) Se trata de un fotón electromagnético con longitud de onda corto.
17. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones NO es cierto sobre radiación γ?
(A) Es producida por los núcleos inestables
(B) Puede penetrar varios centímetros de plomo
(C) Puede ionizar gases
(D) Puede ser desviado por un campo magnético
(E) Se trata de un fotón electromagnético con longitud de onda corta
18. Si el tiempo de vida media de un material radiactivo es de 2 días, ¿cuanta cantidad de material
hay después de 6 días?
(A) 1/2
(B) 1/4
(C) 1/6
(D) 1/8
(E) 1/16
19. En un experimento con material radiactivo una estudiante de física llevó a cabo dos mediciones.
Inicialmente, se midió 120g del material y después de un cierto tiempo la cantidad del radiactivo
material se redujo a 7,5g. Si el tiempo de vida media del material es de 20min, ¿cual es el
tiempo transcurrido entre las dos mediciones?
(A) 20 min
(B) 40 min
(C) 60 min
(D) 80 min
(E) 100 min
20. La reacción nuclear X  Y + Z ocurre espontáneamente. Si Mx, My, y Mz son las masas de las
tres partículas, ¿cual de las siguientes relaciones es verdadera?
(A) Mx < My - Mz
(B) Mx < My + Mz
(C) Mx > My + Mz
(D) Mx - My < Mz
(E) Mx - Mz < My
21. La vida media de 23490Th es de 24 días. Si 8 kg de este isótopo está presente inicialmente,
¿cuanto hay después de 72 días?
(A) 2 kg
(B) 1 kg (C) 5 kg (D) 4 kg (E) 0,5 kg
22. El cobalto 60 es una fuente radiactiva con una vida media de unos 5 años. Después de cuántos
años será la actividad de una nueva muestra de cobalto-60 reducido a 1/8 de su valor original?
(A) 2,5 años (B) 5 años (C) 10 años (D) 15 años (E) 25 años
23. Un protón libre (mp=1,007825U) captura un neutrón (mn=1,008665U) y forma un deuterio
(md=2,014102U). ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es cierta acerca de la masa de deuterio?
(A) Menos de 1,007825 U + 1,008662 U
(B) Mayor que 1,007825 U + 1,008662 U
(C) Menos de 1,007825 U – 1,008662 U
(D) Menos de 1,007825 U + 1,008662 U – 2,014102 U
(E) Es igual a 1,007825 U + 1,008662 U
24. Cuando la reacción nuclear se lleva a cabo, ¿cual de las siguientes es cierta después de la
reacción?
I. La energía se conserva
II. La carga eléctrica se conserva
III. La masa se conserva
IV. El número de nucleones se conserva.
(A) Solo I y II
(B) Solo I, II y III
(C) Solo III
(D) Solo I, II y IV
(E) Solo IV
25. El nombre de la siguiente reacción 21H + 31H→42He + 10n es la siguiente:
(A) Fisión
(B) Fusión
(C) α–Desintegración
(D) β–Desintegración
(E) γ–Desintegración
26. El nombre de la siguiente reacción 23592U + 10n →14156Ba + 9236Kr + 3 10n es la siguiente:
(A) Fisión
(B) Fusión
(C) α–Desintegración
(D) β–Desintegración
(E) γ–Desintegración
27. ¿Cuántos neutrones son liberados durante esta reacción de fisión?
235
1
88
136
1
92U + 0n → 38Sr +
54Xe + ? 0n
(A) 2
(B) 3
(C) 4
(D) 6
(E) 12
28. ¿Cuál es el elemento que falta en la siguiente reacción: 94Be + ? →126C +
(A) 0-1e
(B) 0+1e
(C) 11H
(D) 21H
(E) 42He
1
0n
29. ¿Cuál es el elemento que falta en la siguiente reacción: 147 N+ 42He →178O + ?
(A) 0-1e
(B) 0+1e
(C) 11H
(D) 21H
(E) 42He
30. ¿Cuál es el elemento que falta en la siguiente reacción:
(A) 0-1e
(B) 0+1e
(C) 11H
(D) 21H
24
12Mg
(E) 42He
+ 10n →2311CNa + ?
Preguntas Abiertas
1. Considera la siguiente reacción de fusión nuclear que utiliza deuterio y el tritio como combustible.
2
1𝐻
+ 31𝐻 −→ 42𝐻𝑒 +
a. Completa la ecuación de reacción. ¿Cuál es el nombre de la nueva partícula
liberada durante la reacción?
b. Determina el defecto de masa de una sola reacción, dada la siguiente
información.
2
1𝐻
= 2,0141𝑢
4
2𝐻𝑒
= 4,0026𝑢
3
1𝐻
= 3,016049𝑢
1
0𝑛
= 1,0087𝑢
c. Determina la energía en julios liberada en una sola reacción de
fusión.
d. Los Estados Unidos requiere alrededor de 1,020J al año para cumplir con sus necesidades de
energía. ¿Cuántas reacciones sería necesario para proporcionar esta magnitud de energía?
2. Dos isótopos radiactivos se colocan en un recipiente de metal, que luego se sella. El gráfico representa
el número de núcleos radiactivo n1 y n2 que permanecen en función de tiempo.
a. Usando la gráfica, determina la vida media del isótopo 1 y la vida media del isótopo 2.
b. En el instante t = 5 años, ¿cual isótopo se está deteriorando mas rápido? Explica tu razonamiento.
c. ¿Qué tipo de radiación (alfa, beta o gamma) sería más probable de escapar a través de las paredes
del recipiente?
d. ¿Qué características del tipo de radiación en la parte (c) lo distingue de los otros dos?
e. Después de muchos años, cuando se retira el recipiente, se encuentra que contiene gas de helio, y la
masa total de los contenidos se encuentra que ha disminuido. Explica cada una de estas dos
observaciones.
3. Un núcleo de litio, mientras que en reposo, se desintegra a un núcleo de helio de masa de reposo de
6,6483 x 10-27 kg y a un protón de masa de reposo de 1,6726x10 -27 kg, como se muestra en la reacción
siguiente.
5
3
Li 24He 11H
En esta reacción, el momento y la energía total se conservan. Después de la desintegración, el protón se
mueve con una velocidad no relativista de 2,12x107m/s.
a. Determina la energía cinética del protón.
b. Determina la velocidad del núcleo de helio.
c. Determina la energía cinética del núcleo de helio.
d. Determina la masa que se transforma en energía cinética en esta desintegración.
e. Determina la masa de reposo del núcleo de litio.
4. Un núcleo de polonio con número atómico de 84 y número de masa de 210 decae a un núcleo de
plomo por la emisión de una partícula alfa de masa 4,0026 unidades de masa atómica y energía cinética
de 5,5MeV. (1 unidad de masa atómica = 931,5 MeV/c2 = 1,66 x 10-27 kg.)
a. Determina cada una de las siguientes.
i. El número atómico del núcleo de plomo
ii. El número de masa del núcleo de plomo
b. Determina la diferencia de masa entre el núcleo de polonio y el núcleo de plomo, teniendo en
cuenta la energía cinética de la partícula de alfa, pero ignorando la energía de retroceso del núcleo
de plomo.
c. Determina la velocidad de la partícula alfa. Un clásico (no relativista) aproximación es adecuado.
d. Determina la longitud de onda de De Broglie de la partícula alfa.
La partícula alfa es dispersada por un núcleo de oro (número atómico 79) en una "pared" de colisión.
e. Escribe una ecuación que podría ser utilizado para determinar la distancia mínima de cercanía de la
partícula alfa con el núcleo de oro. No es necesario realmente resolver esta ecuación.
Respuestas
Multiopción
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
D
C
A
C
B
E
E
D
E
A
D
E
C
E
A
E
D
D
D
C
B
D
A
D
B
A
E
E
C
30. D
Preguntas Abiertas
1. a)
b)
c)
d)
n, neutrón
0,0188u o 3,12 x 10-29 kg
2,809 x 10-12 J
3,56 x 1031 reacciones
2. a) Isotopo 1 – 5 años; Isotopo 2 – 2,5
años
b) Isotopo 2; tiene una pendiente
mayor en t
c) Gama
d) Es el único tipo de radiación que
puede pasar atreves del metal
e) Gas de helio significa que hubo
desintegración alfa. Menos masa
significa que energía fue liberada.
3. a)
b)
c)
d)
3,76 x 10-13 J
5,33 x 106 m/s
9,44 x 10-14 J
1,05 x 10 -30 kg
4. a) i. 82
ii. 206
b) 9,8 x 10-30 kg
c) 1,63 x 107 m/s
d) 6,13 x 10-15 m
e) ½mv2 = kq1q2/r