A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG

  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. Trong đó nơtrôn chậm có động năng tương đương với động năng trung bình của chuyển động nhiệt (dưới 0,leV) dễ bị hấp thụ hơn nơtrôn nhanh.

Đặc điểm quan trọng của phản ứng hạt nhân là sinh ra tới 2 đến 3 nơtrôn (trung bình là 2,5) và tỏa ra năng lượng rất lớn dưới dạng động năng của các hạt (khoảng 200 MeV).

nhân trung bình, có số khối từ 80 đến 160. Phản ứng này sinh ra k = 2 hoặc 3 (Trung bình 2,5) nơtrôn và tỏa ra năng lượng khoảng 200eV dưới dạng động năng của các hạt.

  1. Phản ứng dây chuyền và điều kiện để nó xảy ra

Trong phản ứng phân hạch, một phần số nơtrôn sinh ra bị mất mát vì nhiều nguyên nhân (thoát ra ngoài, bị hấp thụ bởi các hạt nhân khác…) nhưng sau mỗi phân hạch, vẫn còn lại trung bình s phân hạch, sinh ra s2, rồi s3, s4,… nơtrôn. Số phân hạch tăng rất nhanh trong một thời gian rất ngắn: ta có phản ứng hạt nhân dây chuyền (s gọi là hệ số nơtrôn).

Điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra là s ≥ 1

+ Với s > 1 thì hệ thống gọi là vượt hạn: Ta không khống chế được phản ứng dây chuyền. Năng lượng tỏa ra có sức công phá rất dữ dội.

Trong trường hợp này dùng để chế tạo bom nguyên tử.

Với s = 1 thì hệ thống gọi là tới hạn: Phản ứng dây chuyền tiếp diễn, nhưng không tăng vọt. Năng lượng tỏa ra không đổi và có thể kiểm soát được. Đó là chế độ hoạt động của lò phản ứng hạt nhân trong các nhà máy điện nguyên tử.

+ Với s < 1 thì hệ thống gọi là dưới hạn: Phản ứng dây chuyền không xảy ra.

Số nơtrôn bị mất và thoát ra ngoài (tỉ lệ với diện tích mặt ngoài khối urani), so với số nơtrôn sinh ra (tỉ lệ với thể tích của khối) càng nhỏ nếu thể tích càng lớn. Khối lượng này phải đạt đến một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn mh thì mới có s ≥ 1. chẳng hạn 235U khối lượng tới hạn khoảng 59kg.

B. TRẢ LỜI CÂU HỎI

C1. Phản ứng phân hạch là gì?

Trả lời

Một hạt nhân rất nặng ở cuối bảng phân loại tuần hoàn (Uranium, Plutoni…) hấp thụ một nơtron và vỡ thành hai hạt nhân mới có số khối A vào loại trung bình. Phản ứng này được gọi là phản ứng phân hạch hay sự phân hạch.

Dùng nơtron chậm bắn phá hạt nhân 235U thì hạt nhân này có thể bị phá vỡ thành hai mảnh bằng nhau có khối lượng nhỏ hơn, đồng thời sinh ra một vài nơtron mới. Hiện tượng này được gọi là sự phân hạch

X và Y là các hạt nhân có số khối A thuộc loại trung bình (từ 80 đến 160) và hầu hết là các hạt nhân phóng xạ. Phản ứng này sinh ra k = 2 hoặc 3 nơtron và tỏa ra năng lượng khoảng 200MeV dưới dạng động năng của các hạt.

C2. Phản ứng phân hạch dây chuyền là gì? Với điều kiện nào thì nó xảy ra?

Trong phản ứng phân hạch, một phần số nơtrôn sinh ra bị mất mát vì nhiều nguyên nhân (thoát ra ngoài, bị hấp thụ bởi các hạt nhân khác…) nhưng sau mỗi phân hạch, vẫn còn lại trung bình s phân hạch, sinh ra s2, rồi s3, s4,… nơtrôn. Số phân hạch tăng rất nhanh trong một thời gian rất ngắn: ta có phản ứng hạt nhân dây chuyền (s gọi là hệ số nơtrôn).

Điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra là s ≥ 1

+ Với s > 1 thì hệ thống gọi là vượt hạn: Ta không khống chế được phản ứng dây chuyền. Năng lượng tỏa ra có sức công phá rất dữ dội.

Trong trường hợp này dùng để chế tạo bom nguyên tử.

Với s = 1 thì hệ thống gọi là tới hạn: Phản ứng dây chuyền tiếp diễn, nhưng không tăng vọt. Năng lượng tỏa ra không đổi và có thể kiểm soát được. Đó là chế độ hoạt động của lò phản ứng hạt nhân trong các nhà máy điện nguyên tử.

+ Với s < 1 thì hệ thống gọi là dưới hạn: Phản ứng dây chuyền không xảy ra.

Số nơtrôn bị mất và thoát ra ngoài (tỉ lệ với diện tích mặt ngoài khối urani), so với số nơtrôn sinh ra (tỉ lệ với thể tích của khối) càng nhỏ nếu thể tích càng lớn. Khối lượng này phải đạt đến một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn mh thì mới có s ≥ 1. chẳng hạn 235U khối lượng tới hạn khoảng 59kg.

 C3. Nêu các bộ phận chính của nhà máy điện hạt nhân.

Giải

Bộ phận chính của nhà máy điện hạt nhân là lò phản ứng hạt nhân. Chất tải nhiệt Sơ cấp sau khi chạy qua vùng tâm lò, sẽ chạy qua bộ phận trao đổi nhiệt, cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi. Hơi nước sinh ra trong quá trình này làm chạy tua bin của máy phát điện như nhà máy thông thường khác.

C. GIẢI BÀI TẬP 

B1. Sự phân hạch là sự vỡ một hạt nhân nặng:

  1. Thường xảy ra một cách tự phát thành nhiều hạt nhân nhẹ hơn.
  2. Thành hai hạt nhân nhẹ hơn, do hấp thụ một nơtron.
  3. Thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron, sau khi hấp thụ một nơtron chậm.
  4. Thành hai hạt nhân nhẹ hơn, thường xảy ra một cách tự phát.

Giải

Chọn đáp án C. Sự phân hạch là sự vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron, sau khi hấp thụ một nơtron chậm.

B2. Đồng vị có thể phân hạch khi hấp thụ một nơtron chậm là:

B3. Gọi K là hệ số nhân nơtron, thì điều kiện cần và đủ để phản ứng dây chuyền có thể xảy ra là:

  1. k < 1
  2. k = 1
  3. C. k>i
  4. k > 1

Giải Chọn đáp án D. k > 1

B4. Xét phản ứng hạt nhân urani 235U có phương trình:

 

Nguồn website giaibai5s.com

Giải bài tập Vật lí lớp 12 nâng cao – Bài 56: Phản ứng phân hạch
5 (100%) 1 vote