LÝ THUYẾT / VẬT LÝ / LỚP 12 / CHƯƠNG 7. HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

CHỦ ĐỀ 5. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH

Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nặng VỠ THÀNH hai mảnh nhẹ hơn.

Phản ứng phân hạch tự phát cũng có thể xảy ra nhưng xác suất rất nhỏ.

=> Ta chỉ quan tâm tới phản ứng hạt nhân kích thích.

Dùng notron nhiệt (notron chậm) bắn vào ²³⁵U làm cho hạt nhân ²³⁵U vỡ thành 2 hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn.

X₁, X₂ là các hạt nhân phóng xạ không biết trước.

K là số notron trung bình được sinh ra.

Phản ứng này sinh ra 2 hoặc 3 notron và tỏa năng lượng khoảng 200 MeV dưới dạng động năng các hạt.

Sau mỗi phản ứng đều có 2 notron sinh ra.

Mỗi phân hạch đều giải phóng 1 năng lượng lớn gọi là năng lượng hạt nhân.

Sự phân hạch 1g ²³⁵U giải phóng năng lượng tương đương 8,5 tấn than hoặc 2 tấn dầu hỏa khi cháy hết.

Các notron sinh ra sau mỗi phân hạch có thể bị hấp thụ bởi các hạt nhân Urani (hoặc Plutoni) khác gần đó.

Và cứ thế sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền.

Điều kiện để xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền:

Số notron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch (gọi là hệ số nhân notron),

Nếu k < 1: phản ứng dây chuyền tắt nhanh.

Nếu k = 1: phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ notron không đổi.

=> Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển được (kiểm soát được) nó xảy ra trong các lò phản ứng hạt nhân

Nếu k > 1: dòng notron tăng lên liên tục theo thời gian dẫn tới vụ nổ.

=> Đó là phản ứng dây chuyền không điều khiển được (BOM NGUYÊN TỬ)

Nhằm đảm bảo cho k ≥ 1 thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn (m_th).

VD. ²³⁵U có m_th = 15kg.

²³⁹Pu có m_th= 5kg.

Phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì có điều khiển được, được thực hiện trong một thiết bị gọi là lò phản ứng hạt nhân.

Nhiên liệu phân hạch trong các lò phản ứng thường là ²³⁵U hay ²³⁹Pu.

Để đảm bảo k = 1 người ta dùng những thanh điều khiển có chứa Bo hay Cađimi (vì Bo và Cađimi có tính chất hấp thụ notron).

Năng lượng từ lò phản ứng tỏa ra không đổi theo thời gian.