Tài liệu Bài giảng bài phản ứng phân hạch vật lý 12 (7)

BÀI GIẢNG VẬT LÝ 12 Cảnh củavụ Hi-rô-si-ma sau vụtử Cột tan khóihoang của một nổ bom nguyên nổ bom nguyên tử (1945) Bài 56: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 1. Sự phân hạch a) Sự phân hạch của urani Xét thí nghiệm của Han và Xtơ-ra-xman: dùng nơtron bắn vào urani. Kết quả thí nghiệm: hạt nhân urani vỡ thành hai hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn, đồng thời có một số nơtron được giải phóng, bay ra. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 1. Sự phân hạch a) Sự phân hạch của urani Dùng nơtron nhiệt có năng lượng 0,01 eV bắn vào 235 , ta có phản ứng 92 U phân hạch: A1 A2 1 235 1 0 92 Z1 1 Z 2 2 0 n U  X  X  k n Trong đó, X 1 và X 2 là hạt nhân có số khối A thuộc loại trung bình (từ 80 đến 160) và hầu hết là hạt nhân phóng xạ. {k là số hạt nhân trung bình được sinh ra ( k = 1, 2, 3…)} PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 1. Sự phân hạch Định nghĩa phản ứng phân hạch Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn. Chỉ xét phản ứng phân hạch kích thích (dùng nơtron chậm, có động năng dưới 0,1 eV). Các hạt nhân có thể bị phân hạch: 235 92 239 92 239 94 251 98 U ; U ; Pu; Cf ... Bài 56: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 1. Sự phân hạch Định nghĩa phản ứng phân hạch 235 Vd: Khi hấp thụ nơtron, hạt nhân U chuyển sang trạng thái kích thích (thành 236U ), trạng thái này không bền vững, và kết quả là xảy ra phân hạch. Phương trình phân hạch: 1 0 n U  U  Y  I 3 n 235 92 236 92 95 39 138 53 1 0 1.Sự phân hạch: b) Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch - - Sau mỗi phản ứng, đều có hơn 2 nơtron (k > 2) được phóng ra. Mỗi phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn, còn gọi là năng lượng hạt nhân. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 2. Phản ứng phân hạch dây chuyền: a) Định nghĩa: Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch lại có thể bị hấp thụ bởi các hạt nhân ở gần đó, làm xảy ra phân hạch tiếp theo, và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Phản ứng phân hạch dây chuyền. Bài 56: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 2. Phản ứng phân hạch dây chuyền b) Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền: Để giảm thiểuvào số nơtron bị mấttrung vì thoát ra ngoài đảmmỗi bảo Phụ thuộc số nơtron bình k cònnhằm lại sau có k  1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối phân hạch (còn gọi là hệ số nhân nơtron) thiểu, gọi là khối lượng tới hạn mth phản ứng dây chuyền không xảy ra. -k<1 -k=1 phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi, điều khiển được, xảy ra trong lò phản ứng hạt nhân. -k>1 dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian dẫn tới vụ nổ nguyên tử, không điều khiển được. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 3. Lò phản ứng hạt nhân Thanh điều khiển Chất làm chậm Thanh nhiên liệu Vỏ- Nhiệm kim loạivụ: thực hiện phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, có điều khiển. Lớp phản xạ nơtron 235 239 bằng graphit Đường- ống làm U ; Pu Nhiên liệu: thí nghiệm - Điều kiện hoạt động: dùng các thanh điều khiển có chứa Bo hay Cadimi, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron, để đảm bảo k=1 Thành bảo vệ phóng xạ Ống làm lạnh và tải nhiệt Sơ đồ lò phản ứng nơtron nhiệt PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 4. Nhà máy điện hạt nhân: Hơi (áp suất cao) Tua bin Điện năng Máy phát điện Hơi (áp suất thấp) Vùng Bộ phận chính: Nước lò phản ứng hạt nhân. hoạt Lối vào của (nóng) lò phận sinh hơi. động củaChất tải nhiệt cung cấp nhiệt choBộ chất làm mát sinh hơi Bộ ngưng lò phản tụ hơi áp suất cao làm chạy tua bin máy phát điện. ứng Hơi nóng có Bơm Lối ra của Nước mát chất làm mát Bình lò phản ứng Chu trình thứ nhất Sơ đồ đơn giản hoá của Nước (áp suất cao) Nước (áp suất thấp) một nhà máy điện hạt nhân. Chu trình thứ hai PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Hơi (áp suất cao) Vùng hoạt động của lò phản ứng Nước (nóng) Điện năng Máy phát điện Tua bin Hơi (áp suất thấp) Bộ phận sinh hơi Bơm Lối vào của chất làm mát Bộ ngưng tụ hơi Lối ra của chất làm mát Nước mát Bình lò phản ứng Chu trình thứ nhất Nước (áp suất cao) Nước (áp suất thấp) Chu trình thứ hai