- Sách Giáo Khoa Vật Lý 12
- Giải Vật Lí Lớp 12
- Giải Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
- Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
- Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12
- Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
- Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
- Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
Năm 1939, hai nhà hoá học người Đức là Han và Xtơ-ra-xman (Otto Hann, Fritz Strassman) đã làm thí nghiệm dùng nơtron bắn vào urani. Kết quả cho thấy hạt nhân urani vỡ thành hai hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn. Kèm theo quá trình phân hạch này có một số nơtron được giải phóng, bay ra. Các thí nghiệm tiếp theo đã cho thấy rằng phản ứng phân hạch có thể xảy ra theo nhiều cách vỡDùng nơtron nhiệt (còn gọi là nơtron chậm) có năng lượng cỡ 0,01 eV bắn vào °U, ta có phản ứng phân hạch :n+ਠੰU- 笼X、 笼X、 (56.1)XI và X2 là các hạt nhân có số khối A thuộc loại trung bình (từ 80 đến 160) và hầu hết là các hạt nhân phóng xạ: k là số hạt nơtron trung bình được sinh ra. Phản ứng này sinh ra 2 hoặc 3 (trung bình 2,5) nơtron và toả ra năng lượng khoảng 200 MeV dưới dạng động năng của các hạt.Khi hấp thụ (“bắt”) nơtron, hạt nhân 235U chuyển sang trạng thái kích thích (thành “U), trạng thái này không bền vững, và kết quả là xảy ra phân hạch, như ở ví dụ nêu trên Hình 56,1,Hình 56,1 Ví dụ về một phản ứng phân hạch của 235U.Phương trình phân hạch: 3 n + 3: U->oU-> $Y+ 3 I+ 3&n.Hạt nhân ytrị *Y phóng xạ y và hạt nhân iôt *I phân rã B”. Urani thiên nhiên rất giàu **U (khoảng 99.3%), chỉ có một lượng nhỏ *U (khoảng 0.7%). Đồng vị *U dễ dàng phân hạch khi hấp thụ nơtron có động nâng dưới 0,1 eV (gọi là nơIron chậm hay nơtron nhiệt). Còn đông vị *U khi hấp thụ nơtron nhiệt, thì cuối cùng biến đổi thành plutoni 33’’Pu. Đồng vị *U chỉ phân hạch khi hấp thụ nơtron nhanh, có động năng lớn hơn 1 MeV.Các hạt nhân nặng khác, như “Pu, “Cr. cũng có thể bị phân hạch. Khi hấp thụ nơtron chậm, hạt nhân “Pu bị vỡ tương tự như °U, và có trung bình 2,89 nơtron được giải phóng.284b) Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạchSau mỗi phản ứng đều có hơn 2 nơtron được phóng ra, và mỗi phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn. Người ta thường gọi đó là năng lượng hạt nhân.2. Phản ứng phân hạch dây chuyền a) Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch của urani (hoặc plutoni.) lại có thể bị hấp thụ bởi các hạt nhân urani (hoặc plutoni…) khác ở gần đó, làm xảy ra phân hạch tiếp theo và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta có phản ứng phản hạch dây chuyển. b) Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền Trên thực tế không phải mọi nơtron sinh ra đều có thể gây ra sự phân hạch, bởi vì có nhiều nơtron bị mất mát đi do nhiều nguyên nhân khác nhau: bị hấp thụ bởi các tạp chất trong nhiên liệu hạt nhân (trong khối urani hoặc plutoni…), hoặc bị 238U hấp thụ mà không xảy ra phân hạch, hoặc bay ra ngoài thể tích khối urani (hoặc plutoni). Thành thử, muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét tới số nơIron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (còn gọi là hệ số nhân nơtron). – Nếu k< 1 thì phản ứng dây chuyển không xảy ra. - Nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi. Đó là phản ứng dây chuyển điều khiển được (kiểm soát được) xảy ra trong các lò phản ứng hạt nhân. - Nếu k > 1 thì dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ nguyên tử. Đó là phản ứng dây chuyển không điều khiển được.Hình 56,2 Sơ đồ phản ứng dây chuyển với *U (khi k = 2).Để giảm thiểu số nơtron bị mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có k > 1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn mu. Với °U thì mm vào cỡ 15 kg: với 23°Pu thì mm vào cỡ 5 kg.3. Lò phản ứng hạt nhân Phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, có điều khiển, được thực hiện trong thiết bị gọi là lò phản ứng hạt nhân. Lần đầu tiên, năm 1942, Féc-mi (Enrico Fermi) và các cộng sự của ông đã thực hiện thành công phản ứng này trong lò phản ứng ở trường đại học Si-ca-go (Mĩ). Tất cả các lò phản ứng hạt nhân đều có nhiều bộ phận chức năng giống nhau. Nhiên liệu phân hạch trong phần lớn các lò phảnViệc tách riêng °U từ urani thiên nhiên rất phức tạp và tốn kém, nên các lò phản ứng hạt nhân thường dùng nhiên liệu urani thiên nhiên đã làm giàu *U, tăng tỉ lệ*U đến vài hoặc vài chục phần trăm. Khi đó, khối lượng tới hạn của nhiên liệu này phải có trị số vào cỡ 15 kg.285 liệu trong lò phản ứng phải được tính toán rất cẩn thận. Thanh nhiên liệu và chất làm chậm nơtron (nước nặng D2O, nướcthường, than chì, berili…) phảimộ phân hạch khác. Ngoài ra, cũng phải có cách điều khiển tốc độ các phân hạch xảy ra. Yêu cầu đặt ra là nhất thiết phải có khả năng khởi động từ từ phản ứng dây chuyển, điều chỉnh nó trong quá trình tiếnchế tạo bằng vật liệu hấp thụ nơtron, như cadimi. Khi các thanhứng), thì phản ứng phân hạch lại bắt đầu và tiến dần đến mức tạo nên phản ứng dây chuyền tự duy trì. Động năng của các mảnh phân hạch và nơtron được biến đổinhiệt khổng lồ có thể tạo ra những nhiệt độ rất cao. Nhiệt lượng toả ra ược một chất lỏng làm nguội (chất tải nhiệt) tải đi theo các ống dẫn chạy qua vùng tâm lò. Trong nhiều trường hợp người ta dùng nước để làm chất làm chậm, đồng thời làm chất tải nhiệt.286ứng là °U hay ”Pu. Để đảm bảo cho k=1, trong các lò phản ứng người ta dùng các thanh điều khiển có chứa bo hay cadimi, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron. Khi số nơtron trong lò tăng lên quá nhiều (k > 1), người ta cho các thanh điều khiển ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu phân hạch để hấp thụ số nơtron thừa. Năng lượng toả ra từ lò phản ứng không đổi theo thời gian. Trên Hình 563 là sơ đồ lò phản ứng nơtron nhiệt.Hình 56,3 Sơ đồ lò phản ứng nơtron nhiệt 1. Thanh nhiên liệu (urani): 2. Chất làm chậm; 3. Vỏ kim loại: 4. Lớp phản xạ nơtron bằng graphit:5. Ống làm lạnh và tải nhiệt; 6, Thanh điều khiển : 7. Thành bảo vệ phóng xạ: ܬܐ ܐܓܝܪ – – – — 1 ܓܢܬܐ – .a تیری – r A| · – “sig 7 m rim r r r t v~~r ~mr r4. Nhà máy điện hạt nhânBộ phận chính của nhà máy điện hạt nhân là lò phản ứng hạt nhân. Chất tải nhiệt sơ cấp, sau khi chạy qua vùng tâm lò, sẽ chảy qua bộ trao đổi nhiệt, cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi. Hơi nước làm chạy tuabin phát điện giống như trong nhà máy điện thông thường. Trên Hình 56,4 là sơ đồ đơn giản hoá của một nhà máy điện hạt nhân. Hơi (áp suất cao)Lối ra của chất làm mátOBinh lòhånú NUÓC Nước pnan ung (áp suất cao) (áp suất thấp) ܐ-yܓ-ܠChu trình thứ nhất Chu trình thứ haiHình 56.4 Sơ đồ đơn giản hoá của một nhà máy điện hạt nhân.2. CÂU HÖ!1. Phản ứng phân hạch là gì ? 2. Phản ứng phân hạch dây chuyền là gì? Với điều kiện nào thì nó xảy ra ? 3. Nêu các bộ phận chính của nhà máy điện hạt nhân.57. BÂI TÂP1. Sự phân hạch là sự vỡ một hạt nhân nặng A. thường xảy ra một cách tự phát thành nhiều hạt nhân nhẹ hơn. B. thành hai hạt nhân nhẹ hơn, do hấp thụ một nơtron. , thành hai hạ và vài nơtron, sau khi hấp thụ mộ D, thành hai hạt nhân nhẹ hơn, thường xảy ra một cách tự phát 2. Đồng vị có thể phân hạch khi hấp thụ một nơtron chậm làܓܐ ܬܐܒܝ ܥܝ ܬܐ ܓܝܐ ܓܚ ܢܚܬܝܗܝ ܓܝܬ ܚܬܗ- ܬܓܘ ܓܙܐA U B, “U. C. : U. D 29U 3. Gọi k là hệ số nhân nơtron, thì điều kiện cần và đủ để phản ứng dây chuyền có thể xảy ra là A. k < 1. B. k = 1. C.Kx 1. D. k > 1. 4. Xét phản ứng phân hạch urani 238U có phương trình: :U + n -»:Mo+ La +2n+7eTính năng lượng mà một phân hạch toả ra. Cho biết: mu = 234,99 u ; m = 94,88 u ; m = 138,87 u. Bỏ qua khối lượng của êlectron.287