Array

TRƯỜNG THPT TRẦN QUANG DIỆU


TỔ LÝ - THỂ DỤC - GDQP
Kiểm tra bài cũ:
Câu hỏi:
Thế nào là phản ứng hạt nhân toả năng lượng, thu năng lượng?
Thế nào là sự phân hạch, phản ứng nhiệt hạch?

Đáp án
- Phản ứng hạt nhân toả năng lượng là phản ứng trong đó các hạt sinh ra có tổng khối lượng bé hơn các hạt ban đầu.
- Phản ứng hạt nhân thu năng lượng là phản ứng trong đó các hạt sinh ra có tổng khối lượng lớn hơn các hạt ban đầu.

* Sự phân hạch: Một hạt nhân rất nặng như Urani, Plutoni.hấp thụ một nơtron và vỡ thành 2 hạt nhân có số khối trung bình.
* Phản ứng nhiệt hạch: Hai hạt nhân rất nhẹ như H, He. kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn.

Năm 1939 hai nhà hoá học người Đức là Han và Xtơ-rax-man đã làm thí nghiệm dùng nơtron bắn phá Urani. Kết quả cho thấy 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 vỡ. Hôm nay ta sẽ tìm hiểu kỹ về sự phân hạch và ứng dụng của chúng.
Tiết 88:
SỰ PHÂN HẠCH. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ

1. Phản ứng dây chuyền:
a. Sự phân hạch:
Sự phân hạch là hiện tượng một hạt nhân (loại rất nặng) hấp thụ một nơtron và vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình.









1. Phản ứng dây chuyền:
a. Sự phân hạch:
Sự phân hạch là hiện tượng một hạt nhân (loại rất nặng) hấp thụ một nơtron và vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình.
Nơtron chậm là nơtron có động năng tương đương với động năng trung bình của chuyển động nhiệt (dưới 0,1eV). Trong sự phân hạch, nơtron chậm dễ bị hấp thụ hơn nơtron nhanh.
Ví dụ: Phản ứng phân hạch của U235



n
U235
U235
U236
U236
Y95
I138
Y95
I138
n
n
?
n
?-
Y95
I138
n
n
n
?-
U236
U235
n
?
Urani thiên nhiên là hỗn hợp của 3 đồng vị, trong đó U238 chiếm tỉ lệ 99,27%, U235 chiếm 0,72% và U234 chiếm 0,01%. Đồng vị U235 dễ phân hạch nhất.
Ngoài ra U235 còn phân hạch theo kiểu sau:

Sự phân hạch có đặc điểm gì?
Đặc điểm:
+ Phản ứng sinh ra 2 đến 3 nơtron.
+ Toả ra năng lượng lớn, khoảng 200MeV
1. Phản ứng dây chuyền:
a. Sự phân hạch:
b) Phản ứng dây chuyền:
Nếu sau mỗi phân hạch sinh ra s = 2 hoặc 3 nơtron, thì s nơtron sẽ đập vào các hạt nhân U235 khác gây ra s phân hạch, sinh ra s2 nơtron, s3, s4. nơtron. Số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta có phản ứng dây chuyền.
Với s được gọi là hệ số nhân nơtron.
n
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
U235
1. Phản ứng dây chuyền:
a. Sự phân hạch:
b) Phản ứng dây chuyền:
c) Năng lượng nguyên tử:
Tính năng lượng toả ra khi 1 gam U235 bị phân hạch theo phản ứng sau:
Năng lượng mỗi phân hạch: 200MeV=3,2.10-11 J
1 gam U235 chứa 2,5.1021 hạt nhân
Năng lượng toả ra khi 1 gam U235 phân hạch là 8.1010 J tương đương 22000 KWh
Mỗi phân hạch toả ra một năng lượng khoảng 200MeV tương đương 3,2.10-11 J. Nhưng 1 gam U235 chứa tới 2,5.1021 hạt nhân nên khi phân hạch sẽ cho một năng lượng rất lớn, bằng 8.1010J tương đương 22000KWh. Năng lượng này gọi là năng lượng nguyên tử.

Điều kiện để xảy ra phản ứng hạt nhân dây chuyền?

1. Phản ứng dây chuyền:
a. Sự phân hạch:
b) Phản ứng dây chuyền:
c) Năng lượng nguyên tử:
d) Điều kiện để có phản ứng hạt nhân 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 do nhiều nguyên nhân khác nhau. Thành thử muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét tới hệ số nhân nơtron s; hệ số này bằng tỷ số giữa số nơtron sinh ra và số nơtron mất mát.
Nếu s < 1 thì phản ứng dây chuyền không xảy ra.
Nếu s = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi. Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển được (kiểm soát được) trong các lò phản ứng hạt nhân.
Nếu s > 1 thì dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ nguyên tử. Đó là phản ứng dây chuyền không điều khiển được.
Để giảm thiểu số nơtron bị mất vì thất thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có s ? 1 thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải đạt tới một giá trị tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn mth.
Đối với U235 nguyên chất thì mth=1kg. Việc tách riêng U235 là rất tốn kém, nên các lò phản ứng hạt nhân thường dùng nhiên liệu Urani thiên nhiên đã làm giàu U235, tăng tỷ lệ U235 đến vài chục phần trăm. Khi đó khối lượng tới hạn của nhiên liệu này phải có trị số lớn hơn.
Quả bom nguyên tử mà máy bay Mĩ ném xuống thành phố Hi-rô-si-ma và Na-ga-sa-ky của Nhật chứa U235 đã được làm giàu có khối lượng tới hạn mth= 50 kg. Lúc đầu khối lượng Urani đó được chia làm 2 khối ở cách nhau, mỗi khối có khối lượng nhỏ hơn mth nên không xảy ra phản ứng dây chuyền. Khi thuốc nổ phụ đẩy hai khối đó chập vào nhau thì khối lượng U vượt mth và bom nổ.
Thành phản xạ nơtron
Lỗ hở thoát khí
Chất nổ phụ
Ngòi nổ
Chốt an toàn
Khối U235

Sơ đồ nguyên tắc bom nguyên tử
Ảnh chụp vụ nổ nguyên tử
1. Phản ứng dây chuyền:
2. Nhà máy điện nguyên tử:

Phản ứng hạt nhân 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 Fecmi và các cộng sự của ông đã thực hiện thành công phản ứng này trong lò phản ứng ở trường Đại học Chi-ca-go (Mĩ)
Thanh Urani
Chất làm chậm
Võ kim loại
Chất phản xạ bằng Graphit
O�ng làm lạnh và tải nhiệt
Thanh điều khiển
Thành bảo vệ phóng xạ
Đường ống làm thí nghiệm
Sơ đồ lò phản ứng hạt nhân
Sơ đồ đơn giản hoá nhà máy điện nguyên tử
Bộ phận chính của nhà máy điện nguyên tử là lò phản ứng hạt nhân, ở đó phản ứng dây chuyền hoạt động ở mức tới hạn.
Chất tải nhiệt sơ cấp, sau khi chạy qua vùng tâm lò sẽ chảy qua bộ trao đổi nhiệt, cung cấp nhiệt cho lò hơi. Hơi nước làm chạy tuabin phát điện.
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, có 89 thanh nhiên liệu là hợp kim chứa Urani đã làm giàu tới 36% U235.

Lò phản ứng hạy nhân Đà Lạt, TRIGA mark II, công suất 250W do hãng General Atomic ( Mĩ ) thiết kế và chế tạo, đưa vào hoạt động từ tháng 3 - 1963 cho đến năm 1968 thì ngưng hoạt động. Tháng 3-1975 lính Mĩ tháo dỡ toàn bộ các thanh nhiên liệu nên lò không thể vận hành. Với sự giúp đỡ của Liện xô ( cũ ) lò phản ứng được khôi phục, mở rộng, nâng cao công suất lên 500KW và chính thức đi vào hoạt động từ ngày 20-3-1984. Lò thường xuyên cung cấp 3 loại đồng vị phóng xạ cho gần 30 khoa, cơ sở y học hạt nhân trong cả nước gồm 32P; 131I; 99Tc để điều trị các bệnh ngoài da, các bệnh tuyến giáp; tìm các khối u trong não ... Bên cạnh đó lò phản ứng còn sản xuất các chất đánh dấu cho các nghiên cứu sa bồi, trầm tích, khai thác dầu khí .
Trắc nghiệm: Tìm phát biểu đúng về phản ứng phân hạch?
Sau mỗi phản ứng phân hạch còn lại s nơtron, chúng lại đập vào các hạt nhân U235 khác gây phân hạch sinh ra s2 nơtron, rồi s3, s4. nơtron. Số phân hạch tăng rất nhanh trong một thời gian rất ngắn dù s có giá trị bất kì nào, tạo nên phản ứng dây chuyền.
Khi s=1, số phản ứng dây chuyền không tăng nên không dùng được.
Để phản ứng dây chuyền cần có hệ số nhân nơtron s?1. Muốn vậy khối lượng Urani phải đạt một giá trị tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn.
Với U235 nguyên chất khối lượng tới hạn khoảng 50kg.
Bài tập về nhà:
- Bài 3 trang 231 SGK
- O�n tập về phản ứng nhiệt hạch. Hôm sau học bài Phản ứng nhiệt hạch
Tháng sáu mùa thi
Mùa hè xanh
Tóc em đuôi gà