Tài liệu Bài giảng bài phản ứng phân hạch vật lý 12 (4)

BÀI GIẢNG VẬT LÝ LỚP 12 PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Ottô Han (Otto Hahn) 1879-1968 I. SỰ PHÂN HẠCH. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN 1. SỰ PHÂN HẠCH a) Khái niệm: Sự phân hạch là hiện tượng một hạt nhân (loại rất nặng) hấp thụ một nơtrôn rồi vỡ thành 2 hạt nhân trung bình. Nơtrôn chậm, có động năng < 0,1eV dễ bị hấp thụ hơn nơtrôn nhanh. Ví dụ: Phản ứng phân hạch của U 235: Với X, X’: các hạt nhân trung bình (số khối từ 80 đến 160) và k=2 hoặc 3 : số nơtrôn sinh ra. b) Đặc điểm: + Toả năng lượng vào cỡ 200 Mev + Sản phẩm của sự phân hạch không ốn định (số khối A và A’ từ 80 đến 160) + Tạo ra k nơtrôn thứ cấp (k=2 hoặc 3 trung bình 2,5). + Tạo ra các chất phóng xạ làm ô nhiễm môi trường c) Điều kiện để xẩy ra sự phân hạch: + là hạt nhân nặng hấp thụ được nơtrôn U n U n U n U U n U U U U U U n U U U s=2 2. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN a) Khái niệm: Một phần số nơtrôn sinh ra bị mất mát vì nhiều nguyên nhân, nhưng nếu sau mỗi phân hạch, vẫn còn lại trung bình s nơtrôn, mà s>1, thì s nơtrôn này đập vào các hạt nhân U 235 khác, lại gây ra s phân hạch, sinh ra s2 nơtrôn rồi s3, s4… nơtrôn. • Số phân hạch tăng rất nhanh trong một thời gian ngắn: ta có phản ứng dây chuyền. • s: gọi là hệ số nhân nơtrôn. Chú ý: Mỗi phân hạch chỉ toả ra năng lượng 200MeV = 3,2.1011J nhưng 1 gam U 235 chứa tới 2,5.1021 hạt nhân nên khi phân hạch sẽ cho năng lượng rất lớn, bằng 8.1010J tương đương 22.000kWh. b) Điều kiện để xẩy ra phản ứng dây chuyền là s > = 1. • Khi s>1, hệ thống gọi là vượt hạn: ta không khống chế được phản ứng dây chuyền, năng lượng toả ra có sức tàn phá dữ dội (trường hợp bom nguyên tử). • Khi s=1, hệ thống gọi là tới hạn: phản ứng dây chuyền tiếp diễn nhưng không tăng vọt, năng lượng tỏa ra không đổi (chế độ hoạt động của lò phản ứng hạt nhân). • Khi s<1, hệ thống gọi là dưới hạn: phản ứng dây chuyền không xảy ra. c) Khối lượng tới hạn: • Để s1 khối lượng U 235 phải đạt tới một giá trị tới hạn mh. BOM NGUYÊN TỬ Julius Robert Oppenheimer (1904–1967) TÁC HẠI BOM NGUYÊN TỬ Hirosima:6-8-1945, "Little Boy”  Phá hủy hơn 90% thành phố  Khoảng 80.000 người chết  100.000 người bị thương  200.000 người khác bị ảnh hưởng lâu dài Nagasaki: 9- 8-1945  74000 người chết SỰ NỔ CỦA BOM NGUYÊN TỬ Julius Robert Oppenheimer (1904–1967) • Trong các đồng vị có thể phân hạch khi hấp thụ nơtrôn chậm, đáng chú ý nhất là đồng vị U 235 và plutôni Pu 239. • Urani thiên nhiên là hỗn hợp của 3 đồng vị: U 238 chiếm 99,27%, U 235 chiếm 0,72% và U 234 chiếm 0,01%. Đồng vị U 235 dễ bị phân hạch nhất. • Việc tách riêng U 235 rất công phu, tốn kém, nên các lò phản ứng hạt nhân thường dùng Urani thiên nhiên đã làm giàu, tức là qua chế biến, đã tăng lên vài hoặc vài chục phần trăm. Khối lượng tới hạn từ vài tấn đến vài chục tấn. II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ Sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ ở Hàn Quốc trong bốn thập kỉ qua đã làm gia tăng nhanh chóng nhu cầu sử dụng điện năng trên dưới 10% mỗi năm. Từ cuối những năm 1970, điện hạt nhân giữ vai trò then chốt trong việc đáp ứng nhu cầu đó. II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ Hơi đi tới tuabin Chất tải nhiệt C D Nước A B Bơm II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ • A : những thanh nhiên liệu hạt nhân làm bằng hợp kim chứa urani đã làm giàu. • B : chất làm chậm (nước nặng D2O). • C : các thanh điều chỉnh (hấp thụ nơtrôn mà không phân hạch). • Khi lò hoạt động thì các thanh điều chỉnh tự động giữ độ cao sao cho s=1. • Phản ứng phân hạch tỏa ra năng lượng dưới dạng động năng của các mảnh hạt nhân và các hạt khác, động năng này chuyển thành nhiệt, nhờ chất tải nhiệt cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi, hơi nước làm chạy tua bin phát điện. II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ • Nhiều nhà máy điện nguyên tử đã được xây dựng ở các nước công nghiệp. • Trên 35% tổng điện năng sản xuất hàng năm ở Pháp, Thụy Điển, Phần Lan… • Trên 30% ở Nhật. • Trên 12% ở Mỹ. • Nước ta có một lò phản ứng hạt nhân nhỏ ở Đà Lạt, dùng để nghiên cứu khoa học và sản xuất đồng vị phóng xạ (công suất 500kW, có 89 thanh nhiên liệu là hợp kim chứa Urani đã làm giàu tới 36% U 235). CỦNG CỐ KIẾN THỨC CU 1 : Tìm phát biểu SAI sau đây về tính chất của phản ứng phân hạch : Là phản ứng tỏa năng lượng SAI Xảy ra do sự hấp thụ nơtron SAI Chỉ xảy ra với nguyên tử 235 92U Tạo ra hai hạt nhân có số khối trung bình 00s 12s 13s 14s 15s 16s 17s 18s 19s 20s 21s 22s 23s 24s 25s 26s 27s 28s 29s 30s 01s 02s 03s 04s 05s 06s 07s 08s 09s 10s 11s SAI