Bài giảng Vật lý 12 bài 38: Phản ứng phân hạch

KIỂM TRA BÀI CŨ

Câu 1: Phản ứng hạt nhân là gì ? Có mấy loại phản ứng hạt
nhân ? Kể tên.

Trả lời: Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các
hạt nhân. Có 2 loại phản ứng hạt nhân: phản ứng hạt
nhân tỏa năng lượng và phản ứng hạt nhân thu năng
lượng.


KIỂM TRA BÀI CŨ
Câu 2: Chọn phát biểu sai về phản ứng hạt nhân:
A. Phản ứng hạt nhân là mọi q trình dẫn đến sự biến đổi
hạt nhân.
B. Khơng có định luật bảo toàn khối lượng trong phản
ứng hạt nhân.
C. Các phản ứng hạt nhân đều tỏa năng lượng.
D. Trong phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng, các hạt sinh
ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt ban đầu, nghĩa là các
hạt sinh ra bền vững hơn các hạt ban đầu.


I. Cơ chế của phản ứng phân hạch:
1. Phản ứng phân hạch là gì ?
2. Phản ứng phân hạch kích thích.
II. Năng lượng phân hạch:
1. Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng.
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền.
3. Phản ứng phân hạch có điều khiển.

Phản ứng phân hạch
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch:
1. Phản ứng phân hạch là gì ?
Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng
vỡ ra thành hai hạt nhân nhẹ hơn.
Q trình phóng xạ α có phải là phân hạch không ?
Trả lời: Không phải.


Phản ứng phân hạch
2. Phản ứng phân hạch kích thích:
Xét phản ứng phân hạch của

235

U


Phản ứng phân hạch

Để tạo nên phản ứng phân hạch của hạt X, phải
truyền cho hạt X một năng lượng đủ lớn, giá trị tối thiểu
của năng lượng này gọi là năng lượng kích hoạt, vào cỡ
vài MeV. Bằng cách cho hạt X hấp thụ 1 nơtrôn.

1
0

n + X → X → Y + Z + kn
*


Phản ứng phân hạch

Tại sao không dùng prôtôn thay cho nơtrơn ?
Trả lời:
Prơtơn tích điện dương, chịu tác dụng lực đẩy do các
hạt nhân tác dụng.


Phản ứng phân hạch

U

235

U

236

n

I

138

95Y

n

n

+
γ

n
Sơ đồ phản ứng phân hạch.

β--

Quá trình phân hạch xảy ra trực tiếp hay gián tiếp ?
Trả lời: Xảy ra gián tiếp, qua trạng thái kích thích X*.


Phản ứng phân hạch
II. Năng lượng phân hạch:
Xét phản ứng sau:
1
0

n + U → U → Y + I +3 n

1
0

235
92

236
92

*

95
39

138
53

1
0

n+ U → U → Xe+ Sr + 2 n
235
92

236
92

*

139
54

95
38

1

0

1. Phản ứng tỏa năng lượng:
Các phản ứng trên là phản ứng tỏa năng lượng.
Năng lượng này được gọi là năng lượng phân hạch.


Phản ứng phân hạch
Trong phản ứng trên, năng lượng tỏa ra xấp xỉ bằng
210 MeV đối với một hạt nhân Urani phân hạch.
1 g Urani khi phân hạch sẽ giải phóng một năng lượng
bằng 8,5.1010 J, tương đương năng lượng của 8,5 tấn
than hoặc 2 tấn dầu hỏa tỏa ra khi cháy hết.
Bảng 38.1 cho ta thấy sự phân bố của năng lượng
trong quá trình phân hạch của hạt nhân Urani tương
ứng với các sản phẩm sau phản ứng:


Phản ứng phân hạch
Năng lượng
giải phóng
ngay khi phân
hạch ( trong
10-14s. )

• Động năng của các mảnh: 167 MeV.
• Động năng của các nơ tron: 5 MeV.
• Động năng của các phơ tơn: 6 MeV.

Năng lượng

tỏa ra do
phóng xạ của
các mảnh

• Động năng của các electron: 8 MeV.
• Động năng của các γ : 6 MeV.
• Động năng của các nowtrino: 12 MeV.

Tổng năng
lượng tỏa ra

204 MeV.

Bảng 38.1 SGK.


Phản ứng phân hạch
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền:
Sự phân hạch của Urani có kèm theo sự giải phóng
2,5 nơtrơn ( tính trung bình ) với năng lượng lớn.
Đối với hạt nhân 239 Pu , con số này là 3.
Các nơtrơn sinh ra sau mỗi phân hạch có ảnh hưởng gì
đến khối lượng Urani cịn lại ?
Các nơtrơn sinh ra sau mỗi phân hạch của Urani có thể
gây ra các phân hạch khác, số phân hạch tăng lên rất
nhanh. Ta có phản ứng phân hạch dây chuyền.


Phản ứng phân hạch

phản ứng phân hạch dây chuyền.


Phản ứng phân hạch

Cứ sau một phân hạch, có k nơ trơn được giải phóng và
kích thích các hạt nhân 235U khác tạo thành phản ứng
phân hạch mới. Sau n lần phân hạch liên tiếp, số nơtrơn
n
n
được giải phóng là k và kích thích k phân hạch mới.

- Khi k<1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh.


Phản ứng phân hạch

- Khi k=1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì,
năng lượng phát ra khơng thay đổi theo thời gian.

- Khi k>1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì,
năng lượng phát ra tăng nhanh và có thể gây bùng nổ.


Phản ứng phân hạch

Muốn cho k ≥ 1: khối lượng của chất phân hạch phải
đủ lớn để số nơ trôn bị “bắt” nhỏ hơn nhiều so với số
nơtrôn được giải phóng. Khối lượng đó được gọi là khối
lượng tới hạn.

Phản ứng phân hạch
3. Phản ứng phân hạch có điều khiển:
Là phản ứng được thực hiện trong các lò phản ứng hạt
nhân, ứng với k=1.

Để đảm bảo cho k=1, người ta dùng những thanh điều
khiển có chứa Bo hay Cađimi.


Phản ứng phân hạch

Nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động.


Phản ứng phân hạch

Hình ảnh vụ nổ bom nguyên tử ở Nhật năm 1945.


Phản ứng phân hạch

Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt.


Phản ứng phân hạch

Mơ hình nhà máy điện hạt nhân đầu tiên của Việt Nam
Tại Xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận

Phản ứng phân hạch

Củng cố
Câu 1: Đồng vị có thể phân hạch khi hấp thụ một nơtrôn là:

A.
C.

238
92

U

235
92

U

B.
D.

234
92

U

239
92

U


Phản ứng phân hạch
Câu 2: Gọi k là hệ số nhân nơtrôn, điều kiện cần và đủ
để phản ứng dây chuyền có thể xảy ra là:

A. k< 1.

B. k= 1.

C. k> 1.

D. k ≥ 1.


Phản ứng phân hạch
Câu 3: Các phản ứng dây chuyền muốn xảy ra được thì
khối lượng nhiên liệu có một giá trị m ≥ mth là để:
A. Hấp thụ hết những nơ trôn sinh ra.
B. Giảm thiểu số nơtrôn bị mất vì thốt ra ngồi nhằm đảm
bảo có k ≥ 1.
C. Giảm số nơtrôn nhanh.
D. Tăng số nơtrôn nhanh.