Bài giảng bài phản ứng phân hạch vật lý 12 (7)

BÀI GIẢNG VẬT LÝ 12


Cảnh
củavụ
Hi-rô-si-ma
sau vụtử
Cột tan
khóihoang
của một
nổ bom nguyên
nổ bom nguyên tử (1945)


Bài 56:
PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
1. Sự phân hạch
a) Sự phân hạch của urani
Xét thí nghiệm của Han và Xtơ-ra-xman: dùng nơtron bắn
vào urani.

Kết quả thí nghiệm: hạt nhân urani vỡ thành hai hạt nhân có
khối lượng nhỏ hơn, đồng thời có một số nơtron được giải
phóng, bay ra.


PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
1. Sự phân hạch
a) Sự phân hạch của urani
Dùng nơtron nhiệt có năng lượng 0,01 eV bắn vào 235
, ta có phản ứng

92 U
phân hạch:
A1
A2
1
235
1
0
92
Z1 1 Z 2
2
0

n U  X  X  k n

Trong đó, X 1 và X 2 là hạt nhân có số khối A thuộc loại trung
bình (từ 80 đến 160) và hầu hết là hạt nhân phóng xạ.
{k là số hạt nhân trung bình được sinh ra ( k = 1, 2, 3…)}


PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
1. Sự phân hạch
Định nghĩa phản ứng phân hạch
Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai
mảnh nhẹ hơn.
Chỉ xét phản ứng phân hạch kích thích (dùng nơtron chậm, có
động năng dưới 0,1 eV).
Các hạt nhân có thể bị phân hạch:
235
92

239
92

239
94

251
98

U ; U ; Pu; Cf ...


Bài 56:

PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
1. Sự phân hạch
Định nghĩa phản ứng phân hạch
235

Vd: Khi hấp thụ nơtron, hạt nhân U chuyển sang
trạng thái kích thích (thành 236U ), trạng thái này
không bền vững, và kết quả là xảy ra phân hạch.
Phương trình phân hạch:

1
0

n U  U  Y  I 3 n
235

92

236
92

95
39

138
53

1
0


1.Sự phân hạch:
b) Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch
-

-

Sau mỗi phản ứng,
đều có hơn 2 nơtron
(k > 2) được phóng
ra.
Mỗi phân hạch đều
giải phóng ra năng
lượng lớn, còn gọi là
năng lượng hạt nhân.

PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH

2. Phản ứng phân hạch dây chuyền:
a) Định nghĩa:

Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch lại có thể
bị hấp thụ bởi các hạt nhân ở gần đó, làm xảy ra
phân hạch tiếp theo, và cứ thế, sự phân hạch tiếp
diễn thành một dây chuyền.
Phản ứng phân hạch dây chuyền.


Bài 56:

PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH

2. Phản ứng phân hạch dây chuyền

b) Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền:
Để
giảm
thiểuvào
số nơtron
bị mấttrung
vì thoát
ra ngoài
đảmmỗi
bảo
Phụ

thuộc
số nơtron
bình
k cònnhằm
lại sau
có k  1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối
phân hạch (còn gọi là hệ số nhân nơtron)
thiểu, gọi là khối lượng tới hạn mth
phản ứng dây chuyền không xảy ra.
-k<1

-k=1

phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ
nơtron không đổi, điều khiển được, xảy ra
trong lò phản ứng hạt nhân.

-k>1

dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian dẫn
tới vụ nổ nguyên tử, không điều khiển được.


PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
3. Lò phản ứng hạt nhân

Thanh điều khiển
Chất làm chậm

Thanh nhiên liệu

Vỏ- Nhiệm
kim loạivụ: thực hiện phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy
trì, có điều khiển.
Lớp phản xạ nơtron

235
239
bằng graphit
Đường- ống
làm
U ; Pu
Nhiên liệu:
thí nghiệm
- Điều kiện hoạt động: dùng các thanh điều khiển có chứa Bo
hay Cadimi, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron, để đảm bảo
k=1

Thành bảo
vệ phóng xạ

Ống làm lạnh và tải nhiệt
Sơ đồ lò phản ứng nơtron nhiệt


PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
4. Nhà máy điện hạt nhân:
Hơi (áp
suất cao)

Tua bin

Điện năng

Máy
phát
điện

Hơi (áp suất thấp)
Vùng Bộ phận chính:
Nước lò phản ứng hạt nhân.
hoạt
Lối vào của
(nóng)
lò phận
sinh hơi.
động củaChất tải nhiệt cung cấp nhiệt choBộ
chất làm mát
sinh hơi
Bộ ngưng
lò phản
tụ hơi
áp suất cao làm chạy tua bin máy phát điện.
ứng Hơi nóng có Bơm
Lối ra của
Nước mát
chất làm mát

Bình lò phản ứng
Chu trình thứ nhất

Sơ đồ đơn
giản hoá của
Nước (áp
suất cao) Nước (áp suất thấp) một nhà máy
điện hạt
nhân.
Chu trình thứ hai


PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
Hơi (áp
suất cao)

Vùng
hoạt
động của
lò phản
ứng

Nước
(nóng)

Điện năng

Máy
phát
điện

Tua bin

Hơi (áp suất thấp)
Bộ phận
sinh hơi

Bơm

Lối vào của
chất làm mát
Bộ ngưng
tụ hơi
Lối ra của
chất làm mát

Nước mát

Bình lò phản ứng
Chu trình thứ nhất

Nước (áp
suất cao) Nước (áp suất thấp)
Chu trình thứ hai