PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH - PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH. * SỰ PHÂN HẠCH DÙNG NƠTRO...

4. Phản ứng phân hạch - Phản ứng nhiệt hạch.

* Sự phân hạch

Dùng nơtron nhiệt (cịn gọi là nơtron chậm) cĩ năng lượng cở 0,01 eV bắn vào

²³⁵

U ta

cĩ phản ứng phân hạch:

₀

¹

n +

¹³⁵

₉₂

U 

¹

A

Z

X

₁

+

²

Z

X

₂

+ k

₀

¹

n

2

1

Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch: sau mỗi phản ứng đều cĩ hơn hai nơtron

được phĩng ra, và mỗi phân hạch đều giải phĩng ra năng lượng lớn. Người ta gọi đĩ là

năng lượng hạt nhân.

* Phản ứng phân hạch dây chuyền

+ Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch của urani (hoặc plutoni, …) lại cĩ thể bị hấp thụ

bởi các hạt nhân urani (hoặc plutoni, …) khác ở gần đĩ, và cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn

thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta cĩ

phản ứng phân hạch dây chuyền.

+ Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền: muốn cĩ phản ứng dây chuyền ta

phải xét tới số nơtron trung bình k cịn lại sau mỗi phân hạch (cịn gọi là hệ số nhân

nơtron) cĩ thể gây ra phân hạch tiếp theo.

- Nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền khơng xảy ra.

- Nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền tiếp diễn nhưng khơng tăng vọt, năng lượng tỏa ra

khơng đổi và cĩ thể kiểm sốt được. Đĩ là chế độ hoạt động của các lị phản ứng hạt

nhân.

- Nếu k > 1 thì dịng nơtron tăng liên tục theo thời gian, phản ứng dây chuyền khơng điều

khiển được, năng lượng tỏa ra cĩ sức tàn phá dữ dội (dẫn tới vụ nổ nguyên tử).

Để giảm thiểu số nơtron bị mất vì thốt ra ngồi nhằm đảm bảo cĩ k

 1, thì khối

lượng nhiên liệu hạt nhân phải cĩ một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn m

th

. Với

235

U thì m

_th

vào cỡ 15 kg; với

²³⁹

Pu thì m

_th

vào cỡ 5 kg.

* Phản ứng nhiệt hạch

Khi hai hạt nhân nhẹ kết hợp lại để tạo nên một hạt nhân nặng hơn thì cĩ năng lượng

tỏa ra. Ví dụ:

²

₁

H +

²

₁

H 

³

₂

He +

₀

¹

n + 4 MeV.

Phản ứng kết hợp hạt nhân chỉ xảy ra ở nhiệt đơ rất cao nên mới gọi là phản ứng nhiệt

hạch.

* Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ

Phản ứng nhiệt hạch trong lịng Mặt Trời và các ngơi sao là nguồn gốc năng lượng của

chúng.

* Thực hiện phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất

Trên Trái Đất, con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng khơng

kiểm sốt được. Đĩ là sự nổ của bom nhiệt hạch hay bom H (cịn gọi là bom hiđrơ hay

bom khinh khí).

Vì năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn năng lượng tỏa ra trong phản

ứng phân hạch rất nhiều nếu tính theo khối lượng nhiên liệu, và vì nhiên liệu nhiệt hạch

cĩ thể coi là vơ tận trong thiên nhiên, nên một vấn đề quan trọng đặt ra là: làm thế nào để

thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng kiểm sốt được, để đảm bảo cung cấp

năng lượng lâu dài cho nhân loại.

Lƣu ý: Phản ứng phân hạch tỏa ra năng lƣợng lớn hơn nhiệt hạch, nhƣng xét cùng

một khối lƣợng thì phản ứng nhiệt hạch tỏa ra lớn hơn phân hạch.

* Xác định năng lƣợng của phản ứng phân hạch

N



m

+ Số hạt nhân

chứa trong mg

của chất đĩ tính theo cơng thức:

A

X

Z

N

A

+ Giả sử trung bình mỗi hạt nhân

tham gia phản ứng giải phĩng ra một năng lượng

Z

thì năng lượng toả ra khi

của chất đĩ tham gia phản ứng sẽ là:

.



E

m

g

Q



N



E

+ Nếu hiệu suất của nhà máy là H thì phần năng lượng hữu ích là:

.

HQ

W



P



W

+ Cơng suất của nhà máy:

(Với t là thời gian hoạt động của nhà máy).

t

* TÍNH KHỐI LƢỢNG CẦN TIÊU THỤ

Tổng năng lượng cĩ ích: Pt; Năng lượng cĩ ích của một hạt khi phân rã: H.E; Số hạt

n

P.t

cần phân rã:





H. E

235

0 235

P.t

P.t

,







m(g)

.

(g)

m(kg)

.

(kg)

Khối lượng U235 cần phân rã:





H. E N

H. E

N

A

A

SƠ LƢỢC VỀ THUYẾT TƢƠNG ĐỐI HẸP

* Các tiên đề Anhxtanh:

- Tiên đề I: Các hiện tượng vật lí diễn ra như nhau trong hệ qui chiếu quán tính.

-

Tiên đề II: Tốc độ ánh sáng trong chân khơng là như nhau trong mọi hệ qui chiếu

quán tính, khơng phụ thuộc vào phương truyền và khơng phụ thuộc vào tốc độ của nguồn

sáng hay máy thu: c  3.10

⁸

m/s.

* Hệ quả của thuyết tương đối hẹp:

- Sự co lại của độ dài: Khi một thanh cĩ độ dài riêng l

0

chuyển động dọc theo trục tọa

độ của một hệ qui chiếu đứng yên K với vận tốc v thì chiều dài của nĩ trong hệ qui chiếu

K sẽ là: l = l

0

1

v

2



c

.

- Sự giãn ra của thời gian: Nếu cĩ một hiện tượng xảy ra trong thời gian t

0

trong hệ

qui chiếu K’ đang chuyển động với vận tốc v so với hệ qui chiếu K đang đứng yên thì

> t

0

.

thời gian t xảy ra hiện tượng trong hệ qui chiếu đứng yên K sẽ là:

t =

⁰

v



1

2

c

Điều đĩ cĩ nghĩa là thời gian để xảy ra một hiện tượng trong hệ qui chiếu chuyển động

dài hơn thời gian xảy ra hiện tượng đĩ trong hệ qui chiếu đứng yên.

m

; với m

0

- Khối lượng của vật chuyển động (khối lượng tương đối tính): m =

⁰



c

là khối lượng nghĩ. Điều đĩ cĩ nghĩa là khi vật chuyển động thì khối lượng của nĩ tăng

lên.



.

- Động lượng tương đối tính:

p

= m

v

=

⁰

m c

* Năng lượng tồn phần của vật cĩ khối lượng tương đối tính m: E = mc

²

=

0

* Năng lượng nghĩ: E

0

= m

0

c

²

.

* Động năng của vật khối lượng nghĩ m

0

chuyển động với vận tốc v: W

đ

= mc

²

– m

₀

c

²

=









1

1







m

₀

c

²

1

v





* Với phơtơn:  =

hc

2

 m

ph

=

h



^{= m}

^ph

^c

c



^{; m}

^0ph

^{= m}

^ph



c

= 0 vì phơtơn chuyển

động với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng hay nĩi cách khác khơng cĩ phơtơn đứng yên.

TỪ VI MƠ ĐẾN VĨ MƠ

I. CÁC HẠT SƠ CẤP: