 |
|
 |
Tuần 26 CHUYÊN ĐỀ: PHẢN ỨNG HẠT NHÂN (phần 2) | | 
10:43' AM - Thứ hai, 09/02/2015 | | CHUYÊN ĐỀ: PHẢN ỨNG HẠT NHÂN (phần 2)
V - PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH VÀ NHIỆT HẠCH
1. Phản ứng phân hạch
a) Khái niệm: Phân hạch là quá trình một hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron rồi vỡ thành hai hạt nhân trung bìnhvà phát ra một số nơtron.
b) Sự phân hạch của Urani U235
(các tia phóng xạ)
Trong đó X1, X2 là các hạt nhân sản phẩm có số khối trung bình (từ 80 đến 160) và hầu hết là các hạt nhân phóng xạ. Ví dụ U235 hấp thụ nơtron thành U236* rồi phân chia thành cặp và hoặc cặp và (gọi là các kênh phản ứng):
(I ốt - I138 phóng xạ b- và Ytri - phóng xạ gama)
(Xe : xenon phóng xạ g; Sr: Strontium phóng xạ b-)
c) Đặc điểm của quá trình phân hạch
· Sự phân hạch có thể xảy ra tự phát nhưng rất hiếm, vì vậy người ta chỉ quan tâm đến phản ứng phân hạch kích thích. Đặc biệt là các phân hạch của Urani , , Plutoni .
· Quá trình phân hạch xảy ra qua hai giai đoạn:
+
· Sự phân hạch có thể xảy ra theo nhiều kênh khác nhau. (có thể lên tới 30 kênh).
· Các sản phẩm của quá trình phân hạch hầu hết là các chất phóng xạ, sau khi tạo thành chúng tiếp tục phát các tia phóng xạ và nơtrino kèm theo.
· Phân hạch xảy ra đối với U235 thuận lợi hơn khi nơtron dùng để kích thích là nơtron chậm, là nơtron có năng lượng dưới 0,1 eV (cỡ 0,04 eV). Nơtron này có tốc độ chuyển động tương đương với chuyển động nhiệt nên còn gọi là nơtron nhiệt (v ~ 1000 m/s !!). Chú ý là đối với phân hạch của U238 thì phản ứng lại xảy ra đối với các nơtron nhanh có động năng lớn hơn 1MeV.
d) Năng lượng phân hạch
Năng lượng tỏa ra của phản ứng phân hạch thường vào cỡ 200 đến 210 MeV. Năng lượng này được phân chia cho các hạt vào cỡ như sau:
+ Động năng các mảnh phân hạch ~ 167 MeV
+ Động năng các nơtron phân hạch ~ 5 MeV
+ Các tia bê ta trừ b- ~ 8 MeV
+ Các tia gama tức thời ~ 6 MeV
+ Các tia gama phân rã ~ 6 MeV
+ Các hạt nơtrino của quá trình phân rã ~ 12 MeV
e) Phản ứng phân hạch dây chuyền
Trong sự phân hạch, các nơtron sinh ra sau mỗi phản ứng lại có thể bị hấp thụ bởi các hạt nhân khác ở gần đó, và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Số phân hạch có thể tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn.
Gọi k là hệ số nhân nơtron, tức là số nơtron trung bình còn lại sau mỗi phản ứng. Giả sử ban đầu có N1 nơtron tạo ra phản ứng thì lần phân hạch thứ n sẽ có
nơtron sinh ra. Các trường hợp xảy ra:
+ Nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền tắt nhanh.
+ Nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra ổn định.
+ Nếu k > 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra mạnh mẽ, năng lượng tăng vọt và có thể gây ra nổ.
* Hệ quả:
+ Số phân hạch sau n lần phản ứng:r4
|
N1 + … + Nn
= N1(1 + … + kn-1) =
|
+ Thời gian phân hạch hết N hạt nhân
t = (n - 1)Dt
với Dt là khoảng thời gian giữa hai lần phân hạch (theo số liệu thực tế thì nó vào khoảng 10-6¸ 10-7 s) ; n là số lần phân hạch. Kết hợp (7.24) , (7.25) ta được:
(7.26)
f) Điều kiện để có phản ứng dây chuyền
Không phải tất cả các nơtron sinh ra đều gây phản ứng dây chuyền. Bao giờ cũng có các nơtron bị mất mát do nhiều nguyên nhân, chủ yếu là do:
+ Bay ra khỏi hệ
+ Bị U238 bắt mà không phân chia
+ Bị các tạp chất bắt và cả các sản phẩm phân chia bắt.
Đê giảm thiểu số nơtron bị mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có k ³ 1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn. Khối lượng tới hạn là khối lượng tối thiểu thỏa mãn sao cho hệ số nhân nơtron bằng 1.
VD: Với U235 thì m ~ 15kg; với Plutoni Pu239 thì m ~ 5kg.
g)Nhà máy điện hạt nhân
Nhà máy điện hạt nhân sử dụng các lò phản ứng hạt nhân, tạo ra phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì với hệ số k = 1.
Để làm chậm nơtron phục vụ cho phản ứng người ta dùng nước nặng (D2O), than chì (Graphit), ...
Để đảm bảo cho k = 1, người ta dùng các thanh điều khiển có chứa Bo hay Cađimi (Cd) là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron.
VD1. Một phản ứng phân hạch urani 235 là:
Mo là kim loại Molybden, La là kim loại Latan. Biết các khối lượng hạt nhân mU = 234,99u; mMo = 94,88u, mLa =138,87u ; mn = 1,0087u. Bỏ qua khối lượng các electron.
a) Tính ra MeV năng lượng của một phản ứng phân hạch tỏa ra.
b) Theo phản ứng trên thì 1g U235 phân hạch hoàn toàn tỏa ra bao nhiêu năng lượng.
c) Tính khối lượng xăng tương đương với 1g U235 phân hạch, biết năng suất tỏa nhiệt của xăng là 46.106 J/kg.
ĐS. 215MeV; 8,8.1010J; 1,923 tấn.
Tải tài liệu gốc tại: Đây
Số lượt đọc:
1763
-
Cập nhật lần cuối:
16/03/2015 09:58:11 PM |
|
|
|
|
|
