Phần Phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch Vật Lí lớp 12 với các dạng bài tập chọn lọc có trong Đề thi THPT Quốc gia và trên 50 bài tập trắc nghiệm có lời giải. Vào Xem chi tiết để theo dõi các dạng bài Phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch hay nhất tương ứng. Show
Lý thuyết Phản ứng phân hạch - Phản ứng nhiệt hạchPhản ứng phân hạch Phản ứng nhiệt hạch Khái niệm Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn Là phản ứng trong đó hai hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn Điều kiện xảy ra Phải truyền cho X một năng lượng đủ lớn (năng lượng kích hoạt) vào cỡ vài MeV để X chuyển sang trạng thái kích thích X*, trạng thái này không bền vững và X sẽ phân hạch - Nhiệt độ cao cỡ 108 ℃. - Mật độ hạt nhân lớn. - thời gian duy trì nhiệt độ lâu. Ví dụ Năng lượng Là phản ứng tỏa năng lượng Là phản ứng tỏa năng lượng Phản ứng phân hạch có điều khiển - Phản ứng dây chuyển là phản ứng chất sản phẩm là tác nhân kích thích để phản ứng xảy ra, như vậy các phản ứng cứ nối tiếp nhau. - Gọi k là số hạt nhân được giải phóng sau 1 lần phân hạch Nếu k > 1 phản ứng dây chuyền tắt dần k = 1 Phản ứng dây chuyển có điều khiển, để phản ứng tự duy trì ổn định. Được dùng trong lò phản ứng hạt nhân k > 1 phản ứng tự duy trì tăng nhanh có thể gây cháy nổ. Được dùng trong Bom - Chỉ thực hiện được ở dạng không kiểm soát (Bom) Hiện này chưa kiểm soát được Cách giải bài tập Phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạchA. Phương pháp & Ví dụ1. Phương pháp PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 1. Phản ứng phân hạch: +) Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron chậm vỡ thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra một số nơtron và tỏa ra một năng lượng rất lớn (khoảng 200 MeV). +) Phản ứng tỏa năng lượng dưới dạng động năng của các hạt. +) Các nhiên liệu chủ yếu thực hiện phản ứng nhiệt hạch là
2. Cơ chế của phản ứng phân hạch Để phản ứng có thể xảy ra được thì phải truyền cho hạt nhân mẹ X một năng lượng đủ lớn (giá trị tối thiểu của năng lượng này gọi là năng lượng kích hoạt). Cách đơn giản nhất để truyền năng lượng kích hoạt cho hạt nhân mẹ X là cho một nơtron bắn vào X để X bắt (hoặc hấp thụ) nơtron đó và chuyển sang trạng thái kích thích. Trạng thái này không bền và kết quả xảy ra phân hạch theo sơ đồ n + X → X∗ → Y + Z + kn Như vậy quá trình phân hạch của hạt nhân X không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích. Ví dụ: 3. Phản ứng phân hạch dây chuyền: Các nơtron tạo thành sau phân hạch có động năng lớn (nơtron nhanh) thường bị U238 hấp thụ hết hoặc thoát ra ngoài khối Urani. Nếu chúng được làm chậm lại thì có thể gây ra sự phân hạch tiếp theo cho các hạt U235 khác khiến cho sự phân hạch trở thành phản ứng dây chuyền. Trên thực tế không phải mọi nơtron sinh ra đều có thể gây ra sự phân hạch (vì có nhiều nơ tron bị mất mát do bị hấp thụ bởi các tạp chất trong nhiên liệu, bị U238 hấp thụ mà không gây nên phân hạch, hoặc bay ra ngoài khối nhiên liệu...). Vì vậy muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét đến số nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch. Gọi k là số nơtron còn lại sau phân hạch tiếp tục được U235 hấp thụ. + Nếu k > 1: số phân hạch tăng lên rất nhanh với tốc độ k1, k2, k3 …Phản ứng dây chuyền trở thành thác lũ không thể không chế. Hệ thống gọi là vượt hạn. Đây chính là cơ chế nổ của bom nguyên tử. + Nếu k < 1: Phản ứng dây chuyền không thể xảy ra. Hệ thống gọi là dưới hạn. + Nếu k = 1: Phản ứng dây chuyền có thể khống chế. Hệ thống gọi là tới hạn. Đây chính là cơ chế hoạt động của nhà máy điện nguyên tử. Muốn k ≥ 1 thì khối lượng Urani hoặc Plutoni phải đạt đến một trị số tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn mth Điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra là k ≥ 1 và m > mth. 4. Lò phản ứng hạt nhân: +) Là thiết bị để tạo ra các phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và điều khiển được. +) Nhiên liệu phân hạch trong các lò phản ứng hạt nhân thường là U235 hoặc Pu239. +) Để đảm bảo cho k = 1 người ta dùng các thanh điều khiển chứa Bo hay Cd, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron (khi số nơtron trong lò tăng lên quá nhiều thì người ta cho các thanh điều khiển ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu để hấp thụ số nơtron thừa). +) Năng lượng tỏa ra từ lò phản ứng không đổi theo thời gian. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH 1. Phản ứng nhiệt hạch Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn. 2. Điều kiện xảy ra phản ứng nhiệt hạch - Nhiệt độ cao khoảng từ 50 triệu độ tới 100 triệu độ. - Hỗn hợp nhiên liệu phải “giam hãm” trong một khoảng không gian rất nhỏ. 3. Năng lượng nhiệt hạch - Tuy một phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng ít hơn một phản ứng phân hạch nhưng nếu tính theo khối lượng nhiên liệu thì phản ứng nhiệt hạch tỏa ra năng lượng lớn hơn. - Có nguồn nhiên liệu vô tận, nước biển chứa 0,015% là D2O có thể điện phân lấy D. - Phản ứng nhiệt hạch sạch hơn phản ứng phân hạch do không có các cặn bã phóng xạ. Năng lượng nhiệt hạch là nguồn gốc năng lượng của hầu hết các sao. Con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng sự nổ của bom khinh khí. +) Chú ý: +) Năng lượng bức xạ mặt trời E = mc2, với m là khối lượng mặt trời giảm do bức xạ. +) Công suất bức xạ: 2. Ví dụ Ví dụ 1: Nhà máy điện nguyên tử dùng U235 có công suất 600 MW hoạt động liên tục trong 1 năm. Cho biết 1 hạt nhân bị phân hạch toả ra năng lượng trung bình là 200 MeV, hiệu suất nhà máy là 20%
Thế nào là phản ứng phân hạch và nhiệt hạch?Phản ứng tổng hợp hạt nhân hay phản ứng nhiệt hạch, phản ứng hợp hạch, trong vật lý học, là quá trình giữa 2 hạt nhân trở lên hợp lại với nhau để tạo nên một hạt nhân mới nặng hơn. Cùng với quá trình này là sự phóng thích năng lượng hay hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạt nhân tham gia. Phản ứng phân hạch là loại phản ứng gì?Trong vật lý hạt nhân và hóa học hạt nhân, phản ứng phân hạch (phân hạch hạt nhân) là một phản ứng hạt nhân hoặc quá trình phân rã phóng xạ trong đó hạt nhân của một nguyên tử tách thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn, nhẹ hơn. Khi nào xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền?Phản ứng dây chuyền hạt nhânKhi một neutron kết hợp với một hạt nhân 235U sẽ vỡ ra (phân hạch), sinh ra các hạt nhân con và cỡ 2–3 neutron mới. Những neutron thứ cấp này nếu gặp được hạt nhân 235U khác thì sẽ gây ra phân hạch hạt nhân urani đó. Thế nào là phản ứng phân hạch cho ví dụ?* Định nghĩa: Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó 1 hạt nhân rất nặng hấp thụ nơtron chậm (chuyển động nhiệt) và vỡ thành 2 hạt nhẹ hơn. Người ta đã tạo ra được phản ứng nhiệt hạch dây chuyền không kiểm soát được → Bom khinh khí (Bom sạch). |
