Trờng thpt y jut BàI SON: phản ứng hạt nhân Ngời soạn: Phạm Bá Bộ Ban nâng cao Vật lí 12 I. Mục tiêu. 1. Kiến thức: - Nêu đợc định nghĩa phản ứng hạt nhân và sơ đồ phản ứng. - Nêu đợc các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân. - Nêu đợc các đặc điểm của phản ứng hạt nhân tỏa năng lợng và thu năng lợng và viết đợc biểu thức tính năng lợng phản ứng. - Nêu khái niệm về phản ứng nhiệt hạch và phân hạch. 2. Kỹ năng. - Vận dụng đợc các định luật bảo toàn vào hiện tợng phóng xạ và các phản ứng hạt nhân để viết đợc phơng trình. - Biết cách xác định hạt nhân trong các phản ứng hạt nhân. - Xác định đợc năng lợng trong phản ứng hạt nhân và dạng của năng lợng ấy. 3. Thái độ: Nghiêm túc, thận trọng trong nghiên cứu; Giáo dục kĩ thuật tổng hợp, lòng say mê, yêu thích môn học; Trách nhiệm bảo vệ môi trờng. II. Chuẩn bị cho bài giảng. 1. Giáo viên: - Xem SGK môn Hóa học 10 để tham khảo kiến thức liên hệ môn. - Nghiên cứu tái liệu vật lý đại cơng về phản ứng hạt nhân. - Bảng hệ thống tuần hoàn, phiếu học tập theo nội dung bài học. - Su tầm tranh ảnh, t liệu về phản ứng hạt nhân và các tác động môi trờng của nó. 2. Học sinh: - Ôn lại: Cấu tạo nguyên tử, hiện tợng phóng xạ, phản ứng hạt nhân, năng lợng liên kết và công thức Anhxtanh giữa năng lợng với khối lợng. III. Tiến trình dạy học 1. Kiến thức: - Các qui tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ - Năng lợng trong phản ứng hạt nhân. 2. Sơ đồ lô gíc xây dựng kiến thức. sơ đồ logic xây dựng đơn vị kiến thức: 4. năng lợng trong phản ứng hạt nhân 1. Hoạt động dạy học (Học viên nghiên cứu SGK và biên soạn) Trong phản ứng hạt nhân, chuyển hóa năng lượng diễn ra như thế nào? Có tận dụng được năng lượng đó không? A + B C + D M 0 = m A + m B M = m C + m D M < M 0 Phản ứng tự xảy ra và tỏa ra năng lượng: Q = (M 0 - M)C 2 Năng lượng đó có dạng động năng của hạt C, D hoặc năng lượng của M > M 0 Phản ứng không tự xảy ra cần phải cung cấp năng lượng: W = (M 0 - M)C 2 + E d Năng lượng đó có dạng động năng của hạt A bằn phá B M < M 0 Phản ứng hạt nhân tỏa ra năng lượng gọi là năng lượng hạt nhân M > M 0 Cần cung cấp cho các hạt tham gia phản ứng một năng lượng dạng động năng ban đầu của các hạt Sử dụng năng lượng hạt nhân: SX điện năng Năng lượng nhiệt, - Tàu phá băng GDMT: Năng lượng hạt nhân và bảo vệ môi trường IV. T liÖu phôc vô GDMT ( T liªu nµy cã thÓ sö dông khi d¹y c¸c néi dung: HiÖn tîng phãng x¹, ®ång vÞ phãng x¹ vµ n¨ng lîng h¹t nh©n) Phóng xạ Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các nguyên tử không phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Các nguyên tố hóa học chỉ gồm các đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi là nguyên tố phóng xạ. Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang điện âm như chùm electron (phóng xạ beta); không mang điện như hạt nơtron, tia gamma (có bản chất giống như ánh sáng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều). Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường được gọi là sự phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân. Sự phóng xạ tự nhiên Năm 1896, nhà vật lý người Pháp Henri Becquerel và sau đó là ông bà Pierre Curie và Marie Curie phát hiện ra rằng các hợp chất của uranium có khả năng tự phát ra những tia không không nhìn thấy được, có thể xuyên qua những vật mà tia sáng thường không đi qua được gọi là các tia phóng xạ. Dưới tác dụng của điện trường tia phóng xạ bị tách làm 3 tia: • Tia anpha lệch về phía cực âm của điện trường, gồm các hạt anpha mang điện tích dương (gấp 2 lần điện tích của proton), có khối lượng bằng khối lượng của nguyên tử heli. • Tia beta lệch về phía cực dương của điện trường gồm các hạt electron. • Tia gamma không lệch về cực nào của điện trường, có bản chất như tia sáng. Tia phóng xạ INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons /thumb/d/d6/Alfa_beta_gamma_radiation.svg/200px-Alfa_beta_gamma _radiation.svg.png" \* MERGEFORMATINET Dòng tia alpha có thể dễ dàng chặn lại bởi một tờ giấy; tia beta cần miếng kim loại để chặn; còn tia gamma cần một khối vật chất có mật độ dày đặc chặn lại. Tia phúng x theo ngha gc l cỏc dũng ht chuyn ng nhanh phúng ra t cỏc cht phúng x (cỏc cht cha cỏc ht nhõn nguyờn t khụng trng thỏi cõn bng bn). Cỏc ht phúng ra cú th chuyn ng thnh dũng nh hng. Cú nhiu loi dũng ht phỏt ra t cỏc cht phúng x. C th: Tia alpha: gm cỏc ht alpha cú in tớch gp ụi in tớch proton, tc ca tia l khong 20.000 km/s. Tia beta: gm cỏc electron t do, tng t tia õm cc nhng c phúng ra vi vn tc ln hn nhiu, khong 100.000 km/s. Tia gamma: l dũng cỏc ht photon, khụng mang in tớch, cú bn cht gn ging ỏnh sỏng nhng bc súng nh hn, chuyn ng vi tc ỏnh sỏng. Dũng cỏc neutron khụng cú in tớch. Dũng cỏc ht neutrino khụng cú in tớch, chuyn ng vi tc gn bng tc ỏnh sỏng (phỏt ra cựng vi cỏc ht beta trong phõn ró beta). Ngoi s phõn ró t nhiờn ca cỏc cht phúng x, tia phúng x cng cũn c quan sỏt t cỏc ngun khỏc nh cỏc lũ phn ng ht nhõn, mỏy gia tc hay va chm ca cỏc tia v tr trong khớ quyn Trỏi t. Cỏc lũ phn ng ht nhõn cú th to ra dũng ht neutron mnh. Cỏc mỏy gia tc cú th sinh ra dũng cỏc ht t hp cú khi lng cao hn. Cũn tia v tr cú th sn sinh muon v meson. Thut ng tia phúng x cng cú th m rng, bao gm cỏc dũng ht chuyn ng nhanh phỏt ra t cỏc ngun ny. Tng tỏc vi vt cht Cỏc ht alpha cú th d dng chn li bi mt t giy. Tia beta cn ming kim loi chn. Trong khi ú, dũng tia gamma cú kh nng xuyờn qua vt cht cao; cn mt khi vt cht cú mt dy c chn li. Cỏc ht neutrino hu nh khụng tng tỏc vi vt cht v cú th xuyờn qua tt c v i ra ngoi v tr. nguy cơ từ những ngôi nhà kín Theo Báo Giáo dục & thời đại Số 113, ngày 20 / 09/2003 * Vì sao nhà kín nguy hiểm ? Trong lợng chất phóng xạ mà con ngời nhận vào cơ thể thì 65% là phóng xạ tự nhiên, trong đó khí rađôn chiếm tới 47%. Mặt khác, khi phân rã, rađôn phóng ra một lợng phóng xạ dới dạng các hạt alpha mà nếu cùng hít một lợng nh nhau thì các hạt alpha sẽ gây tổn thơng về mặt sinh học gấp 20 lần các hạt khác (nh hạt bêta, tia gama, tia X). Và nh thế, nếu nồng độ khí rađôn trong không khí càng cao và thời gian chúng ta hít thở bầu không khí chứa rađôn càng dài thì nguy cơ bị ung th phổi càng lớn. Cơ chế gây ra ung th phổi là : Khi chúng ta hít phải khí rađôn và các hạt nhân con của nó, một số phân rã phóng xạ sẽ xảy ra ở trong phổi của chúng ta. Các hạt alpha đợc sinh ra có thể gây tổn hại đến mô của phổi, phá huỷ các DNA, tức làm biến đổi các gene sản xuất ra tế bảo phổi, từ đó dẫn đến ung th phổi. Theo nghiên cứu của Ban an toàn bức xạ và Hạt nhân - Bộ Khoa học & Công nghệ, trong những ngôi nhà kín, nồng độ khí rađôn cao gấp nhiều lần so với không khí ngoài trời. Bình thờng, nồng độ rađôn trong không khí khoảng 10 Bq/m 3 , nghĩa là nếu ta tập hợp một trăm triệu triệu triệu (10 20 ) phân tử không khí (khoảng một thìa càphê đầy) mới có thể tìm thấy khoảng 10 nguyên tử rađôn trong đó. Còn trong nhà, nồng độ rađôn có thể từ 20 lên tới 10.000 Bq/m 3 , thậm chí còn cao hơn nữa do hiệu ứng "bẫy rađôn". Với những ngôi nhà "hộp" xuất hiện ngày càng nhiều ở các đô thị nh hiện nay, cộng thêm với việc sử dụng điều hoà không khí trở nên phổ biến thì không khí trong các căn phòng càng khó lu thông, đặc biệt việc hút thuốc lá trong phòng kín là điều kiện để nồng độ rađôn tăng cao. Nồng độ khí rađôn trong nhà cao còn do nhà đợc xây từ vật liệu lấy từ nguồn có chất phóng xạ, hoặc xây trên nền đất có nguồn phóng xạ. Nhiều nớc đã khuyến cáo rằng, nồng độ rađôn trung bình hàng năm trong một ngôi nhà không nên vợt quá 200 Bq/m 3 (mức can thiệp). * Có hay không nguy cơ từ khí rađôn ? Tuy nhiên, nếu bình thờng, nồng độ khí rađôn ở trong nhà cha đủ để gây nguy cơ ung th phổi cho con ngời. Bởi nếu sống trong không khí có nồng độ rađôn khoảng 150 Bq/m 3 trong một năm thì có khoảng 28 ngời chết vì ung th phổi trên 1 triệu dân. Vậy nếu sống trong một ngôi nhà có nồng độ rađôn khoảng 20Bq/m 3 trong 1 năm, nguy cơ bị chết vì ung th phổi chỉ khoảng 4/1.000.000. Theo một cuộc điều tra do Ban an toàn bức xạ và hạt nhân - Bộ Khoa học & Công nghệ và Trung tâm kỹ thuật An toàn bức xạ và Môi trờng - Viện khoa học kỹ thuật hạt nhân tiến hành với 300 nhà dân ở HN năm 1995, nồng độ khí rađôn trong nhà trung bình khoảng 27 Bq/m 3 , chỉ có 1- 2 nhà có nồng độ rađôn cao hơn mức bình thờng : khoảng 130-140 Bq/m 3 do những ngôi nhà làm bằng gạch xỉ than. Một điều tra khác do Cục Địa chất tiến hành cho thấy một số nơi ở nớc ta có nồng độ rađôn cao bất thờng nh ở thị trấn Triệu Phong - Đông Hà - Quảng Trị có nồng độ rađôn 171-249 Bq/m 3 do trong vật liệu xây dựng có chứa phóng xạ cao ; nồng độ rađôn ở công ty khai thác khoáng sản Thừa Thiên Huế là 137-145 Bq/m 3 do ở đây dùng đất thải của xởng tuyển sa khoáng để đắp nền, một số nhà dân, quán nớc khu vực bãi tắm Hội An có nồng độ rađôn khoảng 155 Bq/m 3 do nền nhà dùng cát chứa sa khoáng có nhiều phóng xạ Tuy nhiên, theo ông Nguyễn Hào Quang - Trung tâm kỹ thuật An toàn bức xạ và Môi trờng - Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, nồng độ rađôn trong nhà ở các thành phố lớn hơn trong những năm gần đây chắc chắn sẽ tăng lên đáng kể do sự xuất hiện ngày càng nhiều của kiểu nhà hộp, kín cổng cao tờng, xây trên diện tích chật hẹp, những ngôi nhà luôn luôn đóng kín vì sử dụng điều hoà. Trong khi đó, Việt Nam hiện nay lại cha hề chú ý đến nguy cơ tiềm ẩn của khí rađôn. Không chỉ có nguy cơ từ những ngôi nhà kín, không thông thoáng mà nguy cơ từ việc sử dụng nguồn nớc cha qua xử lý cũng rất cao (trong khi ở vùng sâu, vùng xa nớc ta, ở những nơi thiếu nớc sinh hoạt thì điều này rất dễ xảy ra) mà chỉ cần áp dụng cách xử lý đơn giản nhất, lợng rađôn trong nớc đã có thể giảm tới 90-95%. Đo nồng độ rađôn trong suối nớc khoáng ở Thanh Thuỷ (Phú Thọ) thấy nồng độ này trong nớc lên tới 100.000-130.000 Bq/m 3 ( thông thờng nồng độ rađôn trong nguồn nớc khoảng 4.000-5.000 Bq/m 3 ). Tuy vậy, khi đánh giá nguồn nớc hiện chúng ta mới chỉ chú ý đến nồng độ rađium (đợc coi là "mẹ" của khí rađôn). * làm thế nào để giảm nộng độ khí rađôn ? Ông Đặng Thanh Lơng - Ban An toàn bức xạ và hạt nhân - Bộ Khoa học và Công nghệ cho biết: Hầu hết các ngôi nhà có nồng độ rađôn cao thì phần lớn lợng rađôn đều phát ra từ nền nhà. Vì vậy một phơng pháp để giảm mức rađôn trong nhà là tăng cờng thông gió cho không gian dới nền nhà. Điều đó có thể thực hiện bằng cách mở rộng các ô thông gió trên các bức tờng, nh thế sẽ cho phép sự dịch chuyển không khí tự nhiên đợc dễ dàng (trong trờng hợp các tờng chịu lực thì phải tuân theo các qui phạm xây dựng thích hợp). Những ngôi nhà đợc xây dựng trên các tấm sàn bêtông cần có nhiều cửa sổ thông gió, trong nhiều trờng hợp phải sử dụng thông gió cỡng bức (cần biện pháp cải tạo riêng và phù hợp). Bên cạnh đó, việc lựa chọn vật liệu xây dựng cũng rất quan trọng vì nếu sử dụng vật liệu xây dựng (đất, đá, cát ) lấy từ nguồn có chất phóng xạ, không qua kiểm định thì nồng độ rađôn trong nhà chắc chẵn sẽ rất cao. Đặc biệt nhà càng kín (nh những ngôi nhà sử dụng điều hoà không khí), lại thêm hút thuốc ở trong nhà thì nguy cơ bị ung th phổi của những ngời sống trong căn nhà đó sẽ tăng lên rõ rệt. Sống trong một ngôi nhà gỗ hoặc một ngôi nhà đợc xây dựng trên các cột (nhà sàn) đợc thông gió tốt, chúng ta sẽ không phải lo lắng về ảnh hởng của khí rađôn đối với sức khoẻ. Nh mỏy in nguyờn t Nh mỏy in nguyờn t hay nh mỏy in ht nhõn l mt nh mỏy to ra in nng quy mụ cụng nghip, s dng nng lng thu c t phn ng ht nhõn Cỏc loi mỏy in nguyờn t ph bin hin nay thc t l nh mỏy nhit in, chuyn ti nhit nng thu c t phn ng phõn hy ht nhõn thnh in nng. a s thc hin phn ng dõy chuyn cú iu khin trong lũ phn ng nguyờn t phõn hy ht nhõn vi nguyờn liu ban u l ng v Uran 235 v sn phm thu c sau phn ng thng l Pluton, cỏc neutron v nng lng nhit rt ln. Nhit lng ny, theo h thng lm mỏt khộp kớn ( trỏnh tia phúng x rũ r ra ngoi) qua cỏc mỏy trao i nhit, un sụi nc, to ra hi nc ỏp sut cao lm quay cỏc turbine hi nc, v do ú quay mỏy phỏt in, sinh ra in nng. . dụng đợc các định luật bảo toàn vào hiện tợng phóng xạ và các phản ứng hạt nhân để viết đợc phơng trình. - Biết cách xác định hạt nhân trong các phản ứng. bảo vệ môi trờng. II. Chuẩn bị cho bài giảng. 1. Giáo viên: - Xem SGK môn Hóa học 10 để tham khảo kiến thức liên hệ môn. - Nghiên cứu tái liệu vật lý đại