1. Phản ứng phân hạch
1.1. Sự phân hạch: Sự phân hạch là một hạt nhân(loại rất nặng) hấp thụ một nơtrôn chậm và vỡ thành hai hạt nhân trung bình. hai hạt nhân trung bình.
Ví dụ: U n U X X k(1n) 200MeV 0 2 A Z 1 A Z 236 92 1 0 235 92 + → → 11 + 22 + + Đặc điểm:
+ Mỗi phản ứng tạo ra từ 2 đến 3 nơtrôn thứ cấp (TB: 2,5) + Mỗi phản ứng toả ra khoảng 200MeV
+ Các hạt nhân X1, X2 có số khối: A1, A2 từ 80 đến 160
1.2. Phản ứng dây chuyền và điều kiện xảy ra:
a) Phản ứng dây chuyền: Trong phản ứng phân hạch, một phần số nơtrôn sinh ra bị mất mát vì nhiều nguyên nhân(thoát ra ngoài, bị hạt nhân tạp chất khác hấp thụ, ) nh… ng nếu sau mỗi phân hạch, nhiều nguyên nhân(thoát ra ngoài, bị hạt nhân tạp chất khác hấp thụ, ) nh… ng nếu sau mỗi phân hạch, vẫn còn lại trung bình k nơtrôn, mà k > 1 thì k nơtrôn này đập vào các hạt nhân khác, lại gây ra k phân hạch khác, sinh ra k2 nơtrôn, k3, nơtrôn. Số phân hạch tăng rất nhanh trong một thời gian rất ngắn: … ta có phản ứng dây chuyền.
Gọi k là hệ số nhân nơtrôn( hay là số nơtrôn trung bình còn lại sau mỗi phân hạch) - Với k > 1: Hệ thống vợt hạn
Phản ứng hạt nhân xảy ra không điều khiển đợc.
Năng lợng toả ra có sức công phá rất dữ dội nên đợc ứng dụng để chế tạo bom nguyên tử - Với k = 1: Hệ thống tới hạn
Phản ứng xảy ra điều khiển đợc.
Năng lợng toả ra không đổi nên đợc ứng dụng trong lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân. - Với k < 1: Hệ thống dới hạn
Phản ứng hạt nhân dây chuyền không xảy ra.
b) Điều kiện để xảy ra phản ứng dây chuyền: k 1≥
Khi đó khối lợng nhiên liệu hạt nhân phải lớn hơn hoặc bằng một giá trị tối thiểu, đợc gọi là khối lợng tới hạn(mth).
Ví dụ: Nhiên liệu là U235 thì có mth ≈ 15 kg; Pu239 có mth ≈ 5 kg.
2. Phản ứng nhiệt hạch
a) Định nghĩa: Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn. nặng hơn.
Ví dụ: 21H+ 21H→23H+01n 4MeV+
2 3 4 1
1H+ 1H→ 2He+0n 17,5MeV+
b) Điều kiện xảy ra phản ứng nhiệt hạch:Xảy ra ở nhiệt độ rất cao
- Nhiệt độ rất cao khoảng hàng trăm triệu độ(cỡ 108K) nên đợc gọi là phản ứng nhiệt hạch - Ngoài điều kiện nhiệt độ cao, còn có 2 điều kiện nữa để phản ứng nhiệt hạch xảy ra:
+ Mật độ hạt nhân n phải đủ lớn
+ Thời gian ∆tduy trì nhiệt độ cao phải đủ dài. → Tiêu chuẩn Lawson: n. t 10 (s / cm )∆ ≥ 14 3
c) Lí do con ngời quan tâm đến phản ứng nhiệt hạch:
• Nguồn năng lợng nhiệt hạch là nguồn năng lợng vô tận, nhiên liệu có sẵn trong tự nhiên nh trong nớc ao, hồ, biển,…
• ít gây ô nhiễm môi trờng vì ít tạo ra các tia phóng xạ • Toả ra năng lợng rất lớn
3. So sánh phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch
a) Giống nhau: Đều là phản ứng toả năng lợng
b) Khác nhau:
• Xét 1 phản ứng: phản ứng phân hạch toả năng lợng lớn hơn phản ứng nhiệt hạch
• Xét cùng khối lợng nhiên liệu: phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lợng lớn hơn phản ứng phân hạch • Hiện nay: phản ứng phân hạch có thể điều khiển đợc, phản ứng nhiệt hạch cha điều khiển đợc • Phản ứng nhiệt hạch “sạch” hơn phản ứng phân hạch vì ít có các bức xạ gây ô nhiễm.