Bài Sự phân hạch. Nhà máy điện nguyên tử

GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ
GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ
Bài:
SỰ PHÂN HẠCH.
NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
KIỂM TRA BÀI CŨ:
KIỂM TRA BÀI CŨ:
Cho phản ứng hạt nhân:
A + B → C + D

Cho biết điều kiện để 1 phản ứng hạt
nhân toả năng lượng ?

Những loại phản ứng hạt nhân nào có thể
tỏa năng lượng ?

Tiết 89:
Tiết 89:

SỰ PHÂN HẠCH

NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
Ottô Han (Otto Hahn) 1879-1968
Ottô Han (Otto Hahn) 1879-1968
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

Sự phân hạch là hiện tượng một hạt nhân
(loại rất nặng) hấp thụ một nơtrôn rồi vỡ
thành 2 hạt nhân trung bình.


Nơtrôn chậm, có động năng < 0,1eV dễ bị
hấp thụ hơn nơtrôn nhanh.

Phản ứng phân hạch của U 235:
Với X, X’: các hạt nhân trung bình (số khối từ 80
đến 160) và k=2 hoặc 3 : số nơtrôn sinh ra.
MeVnkXXUnU
A
Z
A
Z
200'
1
0
'
'
236
92
1
0
235
92
+++→→+
nnn
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
n
U
nnn

U
nnn
U
U
U
U
U
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
s = 2
U
n
U
U
U
U
U
U
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

Một phần số nơtrôn sinh ra bị mất mát vì
nhiều nguyên nhân, nhưng nếu sau mỗi
phân hạch, vẫn còn lại trung bình s
nơtrôn, mà s>1, thì s nơtrôn này đập
vào các hạt nhân U 235 khác, lại gây ra s
phân hạch, sinh ra s
2
nơtrôn rồi s
3

, s
4
…
nơtrôn.

Số phân hạch tăng rất nhanh trong một
thời gian ngắn: ta có phản ứng dây
chuyền.

s: gọi là hệ số nhân nơtrôn.
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

Mỗi phân hạch chỉ toả ra năng lượng
200MeV = 3,2.10
11
J nhưng 1 gam U 235
chứa tới 2,5.10
21
hạt nhân nên khi phân
hạch sẽ cho năng lượng rất lớn, bằng
8.10
10
J tương đương 22.000kWh.

Khi s>1, hệ thống gọi là vượt hạn: ta
không khống chế được phản ứng dây
chuyền, năng lượng toả ra có sức tàn phá
dữ dội (trường hợp bom nguyên tử).
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

Khi s=1, hệ thống gọi là tới hạn: phản
ứng dây chuyền tiếp diễn nhưng không
tăng vọt, năng lượng tỏa ra không đổi
(chế độ hoạt động của lò phản ứng hạt
nhân).

Khi s<1, hệ thống gọi là dưới hạn: phản
ứng dây chuyền không xảy ra.

Để s≥1 khối lượng U 235 phải đạt tới một
giá trị tới hạn m
h
.
BOM NGUYÊN TỬ
BOM NGUYÊN TỬ
Julius Robert
Oppenheimer
(1904–1967)
Julius Robert
Oppenheimer
(1904–1967)
SỰ NỔ CỦA BOM NGUYÊN TỬ
SỰ NỔ CỦA BOM NGUYÊN TỬ
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN
I. PHẢN ỨNG DÂY CHUYỀN

Trong các đồng vị có thể phân hạch khi hấp thụ
nơtrôn chậm, đáng chú ý nhất là đồng vị U 235

và plutôni Pu 239.

Urani thiên nhiên là hỗn hợp của 3 đồng vị: U
238 chiếm 99,27%, U 235 chiếm 0,72% và U
234 chiếm 0,01%. Đồng vị U 235 dễ bị phân
hạch nhất.

Việc tách riêng U 235 rất công phu, tốn kém,
nên các lò phản ứng hạt nhân thường dùng
Urani thiên nhiên đã làm giàu, tức là qua chế
biến, đã tăng lên vài hoặc vài chục phần trăm.
Khối lượng tới hạn từ vài tấn đến vài chục tấn.
II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
A
C
B
Chất
tải
nhiệt
Bơm
Nước
Hơi đi tới tuabin
D
II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ

A : những thanh nhiên liệu hạt nhân làm bằng

hợp kim chứa urani đã làm giàu.

B : chất làm chậm (nước nặng D
2
O).

C : các thanh điều chỉnh (hấp thụ nơtrôn mà
không phân hạch).

Khi lò hoạt động thì các thanh điều chỉnh tự
động giữ độ cao sao cho s=1.

Phản ứng phân hạch tỏa ra năng lượng dưới
dạng động năng của các mảnh hạt nhân và các
hạt khác, động năng này chuyển thành nhiệt,
nhờ chất tải nhiệt cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi,
hơi nước làm chạy tua bin phát điện.
II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ
II. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ

Nhiều nhà máy điện nguyên tử đã được
xây dựng ở các nước công nghiệp.

Trên 35% tổng điện năng sản xuất hàng
năm ở Pháp, Thụy Điển, Phần Lan…

Trên 30% ở Nhật.

Trên 12% ở Mỹ.


Nước ta có một lò phản ứng hạt nhân nhỏ
ở Đà Lạt, dùng để nghiên cứu khoa học
và sản xuất đồng vị phóng xạ (công suất
500kW, có 89 thanh nhiên liệu là hợp kim
chứa Urani đã làm giàu tới 36% U 235).
CỦNG CỐ
CỦNG CỐ

U 235 có thể phân hạch theo nhiều cách
khác nhau, một phản ứng phân hạch của
U 235:

Cho N
A
= 6,02.10
23
mol
-1
.

Hỏi 1g U235 phân hạch hoàn toàn toả ra
bao nhiêu năng lượng? Tính khối lượng
xăng tương đương, biết năng suất toả
nhiệt của xăng là 46.10
6
J/Kg.
MeVenLaMonU 21572
139
57
95

42
1
0
235
92
++++→+
−