Tài liệu Bài giảng bài phản ứng phân hạch vật lý 12 (6)

KIỂM TRA BÀI CŨ Câu 1: Phản ứng hạt nhân là gì ? Có mấy loại phản ứng hạt nhân ? Kể tên. Trả lời: Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân. Có 2 loại phản ứng hạt nhân: phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng và phản ứng hạt nhân thu năng lượng. KIỂM TRA BÀI CŨ Câu 2: Chọn phát biểu sai về phản ứng hạt nhân: A. Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân. B. Không có định luật bảo toàn khối lượng trong phản ứng hạt nhân. C. Các phản ứng hạt nhân đều tỏa năng lượng. D. Trong phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng, các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt ban đầu, nghĩa là các hạt sinh ra bền vững hơn các hạt ban đầu. I. Cơ chế của phản ứng phân hạch: 1. Phản ứng phân hạch là gì ? 2. Phản ứng phân hạch kích thích. II. Năng lượng phân hạch: 1. Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng. 2. Phản ứng phân hạch dây chuyền. 3. Phản ứng phân hạch có điều khiển. Phản ứng phân hạch I. Cơ chế của phản ứng phân hạch: 1. Phản ứng phân hạch là gì ? Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ ra thành hai hạt nhân nhẹ hơn. Quá trình phóng xạ  có phải là phân hạch không ? Trả lời: Không phải. Phản ứng phân hạch 2. Phản ứng phân hạch kích thích: Xét phản ứng phân hạch của 235 U Phản ứng phân hạch Để tạo nên phản ứng phân hạch của hạt X, phải truyền cho hạt X một năng lượng đủ lớn, giá trị tối thiểu của năng lượng này gọi là năng lượng kích hoạt, vào cỡ vài MeV. Bằng cách cho hạt X hấp thụ 1 nơtrôn. 1 0 n  X  X  Y  Z  kn * Phản ứng phân hạch Tại sao không dùng prôtôn thay cho nơtrôn ? Trả lời: Prôtôn tích điện dương, chịu tác dụng lực đẩy do các hạt nhân tác dụng. Phản ứng phân hạch 235U 236U n 138I 95Y n n +  n Sơ đồ phản ứng phân hạch. -- Quá trình phân hạch xảy ra trực tiếp hay gián tiếp ? Trả lời: Xảy ra gián tiếp, qua trạng thái kích thích X*. Phản ứng phân hạch II. Năng lượng phân hạch: Xét phản ứng sau: 1 0 n U  U  Y  I 3 n 1 0 235 92 236 92 * 95 39 138 53 1 0 n U  U  Xe Sr 2 n 235 92 236 92 * 139 54 95 38 1 0 1. Phản ứng tỏa năng lượng: Các phản ứng trên là phản ứng tỏa năng lượng. Năng lượng này được gọi là năng lượng phân hạch. Phản ứng phân hạch Trong phản ứng trên, năng lượng tỏa ra xấp xỉ bằng 210 MeV đối với một hạt nhân Urani phân hạch. 1 g Urani khi phân hạch sẽ giải phóng một năng lượng bằng 8,5.1010 J, tương đương năng lượng của 8,5 tấn than hoặc 2 tấn dầu hỏa tỏa ra khi cháy hết. Bảng 38.1 cho ta thấy sự phân bố của năng lượng trong quá trình phân hạch của hạt nhân Urani tương ứng với các sản phẩm sau phản ứng: Phản ứng phân hạch Năng lượng giải phóng ngay khi phân hạch ( trong 10-14s. ) • Động năng của các mảnh: 167 MeV. • Động năng của các nơ tron: 5 MeV. • Động năng của các phô tôn: 6 MeV. Năng lượng tỏa ra do phóng xạ của các mảnh • Động năng của các electron: 8 MeV. • Động năng của các  : 6 MeV. • Động năng của các nowtrino: 12 MeV. Tổng năng lượng tỏa ra 204 MeV. Bảng 38.1 SGK. Phản ứng phân hạch 2. Phản ứng phân hạch dây chuyền: Sự phân hạch của Urani có kèm theo sự giải phóng 2,5 nơtrôn ( tính trung bình ) với năng lượng lớn. Đối với hạt nhân 239 Pu , con số này là 3. Các nơtrôn sinh ra sau mỗi phân hạch có ảnh hưởng gì đến khối lượng Urani còn lại ? Các nơtrôn sinh ra sau mỗi phân hạch của Urani có thể gây ra các phân hạch khác, số phân hạch tăng lên rất nhanh. Ta có phản ứng phân hạch dây chuyền. Phản ứng phân hạch phản ứng phân hạch dây chuyền. Phản ứng phân hạch Cứ sau một phân hạch, có k nơ trôn được giải phóng và kích thích các hạt nhân 235U khác tạo thành phản ứng phân hạch mới. Sau n lần phân hạch liên tiếp, số nơtrôn n n được giải phóng là k và kích thích k phân hạch mới. - Khi k<1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh. Phản ứng phân hạch - Khi k=1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra không thay đổi theo thời gian. - Khi k>1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra tăng nhanh và có thể gây bùng nổ. Phản ứng phân hạch Muốn cho k  1: khối lượng của chất phân hạch phải đủ lớn để số nơ trôn bị “bắt” nhỏ hơn nhiều so với số nơtrôn được giải phóng. Khối lượng đó được gọi là khối lượng tới hạn. Phản ứng phân hạch 3. Phản ứng phân hạch có điều khiển: Là phản ứng được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân, ứng với k=1. Để đảm bảo cho k=1, người ta dùng những thanh điều khiển có chứa Bo hay Cađimi. Phản ứng phân hạch Nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động. Phản ứng phân hạch Hình ảnh vụ nổ bom nguyên tử ở Nhật năm 1945.