4. Các phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài
6.2 Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ
Phản ứng nhiệt hạch là một trong những nguồn năng lượng của các vì sao và Mặt trời. Năm 1938, Bethe đưa ra giả thuyết về hai chu trình phản ứng proton – proton và carbon – nitrogen. Chu trình proton – proton xảy ra như sau:
2(p + p → d + e+ + ) (6.4)
2(d + p → 2He3 + ) (6.5)
2He3 + 2He3 → 2He4 + 2p (6.6)
Chu trình này biến các proton thành hạt nhân helium và giải phóng một lượng năng lượng rất lớn:
6p → 2He4 + 2p + 2e+ +2 Q = 26 MeV (6.7)
Phản ứng này xảy ra với thời gian bán rã T1/2 = 1,4.1010 năm. Tuy năng lượng giải phóng trong một phản ứng là 26 MeV nhưng năng lượng giải phóng trung bình trên một đơn vị khối lượng đơn vị là rất thấp. Năng lượng này còn thấp hơn năng lượng giải phóng của cơ thể người. Tuy nhiên, do khối lượng của Mặt Trời là rất lớn, khoảng 2.1033
g, nên năng lượng tổng cộng của Mặt Trời phát ra theo chu trình proton – proton rất lớn, tương đương với khối lượng Mặt Trời mất đi là 4,3.106
tấn/s.
Chu trình carbon – nitrogen gồm 6 phản ứng, trong đó carbon đóng vai trò chất xúc tác:
6C12 + 1H1 → 7N13 + (6.8) 7N13 → 6C13 + e+ + (6.9) 6C13 + 1H1→ 7N14 + (6.10) 7N14 + 1H1→ 8O15 + (6.11) 8O15 → 7N15 + e+ + (6.12) 7N15 + 1H1→ 6C12 + 2He4 (6.13) Chu trình này có thể viết dưới dạng tóm tắt:
Kết quả là bốn hạt nhân hydrogen tạo thành một hạt nhân helium, còn lượng carbon không thay đổi. Phản ứng này cũng giải phóng năng lượng giống như chu trình proton – proton nhưng có thời gian đặc trưng bé hơn rất nhiều T1/2 = 3.108 năm.
Chu trình hydro. 1H1 + 1H11H2 + e+ + (6.15) 1H1 + 1H22He3 + (6.16) 2He3 + 2He3 2He4 + 2(1H1) (6.17) Có thể viết tóm tắt là: 4(1H1) 2He4 + 2e+ + 2 +2 (6.18)
Cần nói thêm rằng, các quá trình trên được gọi là các chu trình bởi vì từ các bon 6C12 biến đổi lại cho các bon 6C12 (chu trình các bon) và từ hydro 1H1 biến đổi lại cho hydro 1H1 (chu trình hydro).
Phần KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu đề tài tôi đã đạt được một số điểm quan trọng sau đây:
Thứ nhất, tôi đã trình bày thí nghiệm của Rutherford về cấu trúc nguyên tử. Từ mẫu nguyên tử ban đầu mà Thomson đưa ra có những sai sót nhất định, bằng thực nghiệm Rutherford đã chứng minh được mẫu nguyên tử của Thomson là hoàn toàn sai. Cuối cùng người hoàn chỉnh mẫu nguyên tử theo quan điểm cổ điển là Bohr.
Thứ hai, tôi đã trình bày thí nghiệm nhiễu xạ tia X trên tinh thể. Qua thí nghiệm này tôi đã trình bày thí nghiệm phát kiến ra tia X và còn cho biết được bên trong vật chất có cấu trúc nhất định.
Thứ ba, tôi đã trình bày thí nghiệm nhiễu xạ electron trên tinh thể. Qua thí nghiệm tôi đã trình bày được sóng De Broglie, thí nghiệm của Davission và Germer, G.P.Thomson, thí nghiệm nhiễu xạ electron qua hai khe và cũng trình bày được lưỡng tính sóng – hạt ở hạt vi mô.
Thứ tư, tôi đã trình bày thí nghiệm phổ năng lượng, tôi đã trình bày được một số tính chất của hạt nhân, hiện tượng phóng xạ, phổ năng lượng và hạt neutrino.
Thứ năm, tôi đã trình bày thí nghiệm phân hạch hạt nhân, gồm năng lượng vỡ hạt nhân và phản ứng dây chuyền của sự vỡ nhân uran.
Cuối cùng, tôi đã trình bày thí nghiệm nhiệt hạch hạt nhân, trong thí nghiệm này tôi đã trình bày được điều kiện thực hiện phản ứng nhiệt hạch và phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ. Phản ứng nhiệt hạch có năng lượng rất lớn, nếu kiểm soát được đây sẽ là nguồn năng lượng cho toàn thế giới trong tương lai.
Qua nghiên cứu, tôi đã trình bày được mục đích đã đặt ra. Do giới hạn về tài liệu nên thí nghiệm phân hạch và thí nghiệm nhiệt hạch chưa trình bày một cách chi tiết, cụ thể. Tuy nhiên, tôi cũng đã trình bày một cách cụ thể các thí nghiệm: thí nghiệm của Rutherford về cấu trúc nguyên tử, thí nghiệm nhiễu xạ tia X trên tinh thể, thí nghiệm nhiễu xạ electron trên tinh thể và thí nghiệm phổ năng lượng, do những thí nghiệm này có nhiều tài liệu.
Do luận văn của tôi chỉ trình bày một số thí nghiệm cơ bản chứ không trình bày tất cả các thí nghiệm trong vật lý học hiện đại. Nếu có cơ hội tôi sẽ bổ sung thêm những thí nghiệm khác để luận văn của tôi hoàn chỉnh hơn. Tiếp theo, vì luận văn của tôi chỉ nghiên
cứu về mặt lý thuyết, nhưng chưa nghiên cứu thí nghiệm. Nếu có điều kiện tôi sẽ làm thí nghiệm để kiểm chứng lại những lý thuyết trong phần luận văn đã trình bày.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lương Duyên Bình: Vật lý đại cương – tập 3 NXB Giáo dục. Năm 1998
[2] Trần Ngọc Hợi, Phạm Văn Thiều: Vật lý đại cương các nguyên lý và ứng dụng
NXB Giáo dục. Năm 2006
[3] PGS.TS. Ngô Quang Huy: Cơ Sở Vật Lý Hạt Nhân NXB Khoa học và kỹ thuật.
Năm 2006
[4] N.I. KARIAKIN, K.N. BƯXTRÔV, P.X. KIRÊEV: Sách tra cứu tóm tắt về Vật Lý
NXB Khoa học và kỹ thuật. Năm 2004
[5] Đào Văn Phúc: Lịch sử vật lý học NXB Giáo dục. Năm 2009
[6] Ronald Gautreau – William Savin: Vật Lý hiện đại NXB Giáo dục. Năm 2006
[7] Đặng Văn Soa: Giáo trình cấu trúc hạt nhân và hạt cơ bản NXB Đại học Sư Phạm. Năm 2006
[8] Đào Đình Thức: Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học tập I NXB Giáo dục. Năm
2005
[9] Nguyễn Xuân Tư: Bài giảng Vật lý hạt nhân và hạt cơ bản. Khoa Sư Phạm Đại
học Cần Thơ. Năm 2000