PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 1 Cơ chế của phản ứng phân hạch.

1. Cơ chế của phản ứng phân hạch.

* Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn.

+ “hai mảnh” gọi là sản phẩm phân hạch hay “mảnh vỡ” của phân hạch. + Phản ứng phân hạch tự phát cũng có thể xảy ra nhưng với xác suất rất nhỏ.

* Phản ứng phân hạch kích thích.

+ Nhiên liêu cơ bản của công nghiệp năng lượng hạt nhân là : 23592 U;92238U;94239Pu.

+ Để tạo nên phản ứng phân hạch của hạt nhân X phải truyền cho X một năng lượng đủ lớn – giá trị tối thiểu của năng lượng này vào cỡ vài MeV năng lượng kích hoạt.

+ Phương pháp truyền năng lượng kích hoạt cho hạt nhân X là cho một nơtron bắn vào X để X “bắt” nơtron đó  chuyển sang mọt trạng thái kích thích X*  trạng thái không bền vững  xảy ra phân hạch.

+ Phương trình phản ứng: n X �X* �Y Z kn  (k = 1, 2, 3…)

+ Khi phân hạch, hạt nhân X* vỡ thành hai mảnh, kèm theo một vài nơtron phát ra.

2. Năng lượng phân hạch.

Ví dụ : 10n23592 U �23692 U*�9539Y13853 I310n; 1 235 236 * 139 95 1 0n92 U �92 U �54 Xe38Sr20n

* Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng :Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch: sau mỗi phản ứng đều có hơn

hai nơtron được phóng ra, và mỗi phân hạch đều tỏa (giải phóng ra) năng lượng lớn  năng lượng phân hạch (năng lượng hạt nhân.)

* Phản ứng phân hạch dây chuyền

+ Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch của urani (hoặc plutoni, …) lại có thể bị hấp thụ bởi các hạt nhân urani (hoặc plutoni, …) khác ở gần đó, và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta có phản ứng phân hạch dây chuyền.

+ Giả sử sau một lần phân hạch, có k nơtron được giải phóng đến kích thích các hạt nhân 235

92 U khác tạo nên những

phân hạch mới. sau n lần phân hạch liên tiếp, số nơtron giải phóng là kn và kích thích kn phân hạch mới. - Nếu k < 1: phản ứng dây chuyền tắt nhanh (không xảy ra.)

- Nếu k = 1: phản ứng dây chuyền tiếp diễn (tự duy trì) nhưng không tăng vọt, năng lượng tỏa ra không đổi và có thể kiểm soát được (công suất phát ra không đổi theo thời gian). Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển được (kiểm soát được)  chế độ hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân  dùng thanh điều khiển có chứa bo hay cađimi  cho thanh ngập sâu trong lò phản ứng để hấp thụ nơtron thừa (để đảm bảo k =1).

- Nếu k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyển tự duy trì, công suất phả ra tăng nhanh  dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian, phản ứng dây chuyền không điều khiển được, năng lượng tỏa ra có sức tàn phá dữ dội (dẫn tới vụ nổ nguyên tử).

Để giảm thiểu số nơtron bị mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có k  1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn mth (để số nơtron bị “bắt” nhỏ hơn nhiều so với số nơtron được giải phóng.. Với 235U thì mth vào cỡ 15 kg; với 239Pu thì mth vào cỡ 5 kg.