bài giảng vật lý 12 bài 38 phản ứng phân hạch

PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀNa 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.. a Khái niệm: Một phần số nơtrôn sinh ra bị m

BÀI GIẢNG VẬT LÝ LỚP 12

PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH

Ottô Han (Otto Hahn) 1879-1968

I SỰ PHÂN HẠCH PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

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.

MeV n

k X

X U

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

MeV n

k X

X U

n

U 01 23692 Z A Z A'' ' 01 200

235

92 + → → + + +

c) Điều kiện để xẩy ra sự phân hạch:

+ là hạt nhân nặng hấp thụ được nơtrôn

n nn

n nn

U

n nn

U

U

U

U U

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

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).

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.

• 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)

Hirosima:6-8-1945, " Little Boy”

• 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 ĐI N NGUYÊN Ệ TỬ

A C

D

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…

SAI

CÂU 1 : Tìm phát biểu SAI sau đây về tính

chất của phản ứng phân hạch :

CÂU 2

CỦNG CỐ KIẾN THỨC

CÂU 2 : Phản ứng hạt nhân dây chuyền là

phản ứng phân hạch :

10s

Cĩ hệ số nhân nơtron s>1Của hệ vượt hạn

Của hệ tới hạnThỏa bất kỳ điều nào ở A,B,C

SAI SAI SAI

CỦNG CỐ KIẾN THỨC

RẤT GIỎI

CÂU 2 : Phản ứng hạt nhân dây chuyền là

phản ứng phân hạch :

Có hệ số nhân nơtron s>1Của hệ vượt hạn

Của hệ tới hạn

Thỏa bất kỳ điều nào ở A,B,C

Câu 3: Trong lò phản ứng hạt nhân của nhà máy điện nguyên tử công dụng của các bộ phận như sau:

A những thanh nhiên liệu hạt nhân làm bằng hợp kim chứa urani đã làm giàu

B chất làm chậm (nước nặng D2O) có tác dụng làm nơtron nhanh thành nơtron chậm

C các thanh điều chỉnh (hấp thụ nơtrôn mà không phân hạch)

D Khi lò hoạt động thì các thanh điều chỉnh tự động giữ độ cao sao cho s ≥ 1

E 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

CỦNG CỐ

• U 235 có thể phân hạch theo nhiều cách khác

nhau, một phản ứng phân hạch của U 235:

• Cho NA = 6,02.1023 mol-1

• Hỏi 1g U235 phân hạch hoàn toàn toả ra bao

nhiêu năng lượng? Tính khối lượng xăng tương đương, biết năng suất toả nhiệt của xăng

là 46.106 J/Kg

MeV e

n La

Mo n

235