Hai loại phản ứng toả năng lượng 1 Phản ứng phân hạch

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: ²³⁵₉₂U ₀¹n ²³⁶₉₂U ^A_Z X₁ ^A_Z2X₂ k(¹₀n) 200MeV 2 1 1       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,…) nhưng nếu sau mỗi phân hạch, nhiều nguyên nhân(thoát ra ngoài, bị hạt nhân tạp chất khác hấp thụ,…) nhưng 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 vượt hạn

Phản ứng hạt nhân xảy ra không điều khiển được.

Năng lượng toả ra có sức công phá rất dữ dội nên được ứng dụng để chế tạo bom nguyên tử - Với k = 1: Hệ thống tới hạn

Phản ứng xảy ra điều khiển được.

Năng lượng toả ra không đổi nên được ứng dụng trong lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân. - Với k < 1: Hệ thống dưới 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 lượng nhiên liệu hạt nhân phải lớn hơn hoặc bằng một giá trị tối thiểu, được gọi là khối lượng tới hạn(m_th).

Ví dụ: Nhiên liệu là U235 thì có m_th  15 kg; Pu239 có m_th  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¹₀n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 108

K) nên được 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 người quan tâm đến phản ứng nhiệt hạch:

 Nguồn năng lượng nhiệt hạch là nguồn năng lượng vô tận, nhiên liệu có sẵn trong tự nhiên như trong nước ao, hồ, biển,…

 ít gây ô nhiễm môi trường vì ít tạo ra các tia phóng xạ  Toả ra năng lượng rất lớn

T i ế p s ứ c m ù a t h i 2 0 1 1

61

a) Giống nhau: Đều là phản ứng toả năng lượng

b) Khác nhau:

 Xét 1 phản ứng: phản ứng phân hạch toả năng lượng lớn hơn phản ứng nhiệt hạch

 Xét cùng khối lượng nhiên liệu: phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lượng lớn hơn phản ứng phân hạch

 Hiện nay: phản ứng phân hạch có thể điều khiển được, phản ứng nhiệt hạch chưa điều khiển được  Phản ứng nhiệt hạch “sạch” hơn phản ứng phân hạch vì ít có các bức xạ gây ô nhiễm.