Phản ứng phân hạch

Câu hỏi: Phản ứng phân hạch

Trả lời: 

Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân trung bình (kèm theo một vài nơron phát ra).

Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết về phản ứng phân hạch và áp dụng luyện tập nhé!

I. Phản ứng phân hạch

1. Phản ứng phân hạch kích thích

Cho một nơtron bắn vào X để X bắt nơtron đó. Khi bắt nơtron, hạt nhân X chuyển sang một trạng thái kích thích, kí hiệu X*. Trạng thái này không bền vững và kết quả xảy ra phân hạch.

n+X→X∗→Y+Z+kn

Khi phân hạch, hạt nhân X vỡ thành hai mảnh kèm theo một vài nơtron phát ra.

Như vậy, quá trình phân hạch của X là không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X*.

2. Năng lượng phân hạch

a. Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng

b. Phản ứng phân hạch dây chuyền

Giả sử sau mỗi phân hạch có k nơtron được giải phóng đến kích thích các hạt nhân khác tạo nên những phân hạch mới. Sau n lần phân hạch, số nơtron giải phóng là  và kích thích  phân hạch mới.

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

Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra không đổi.

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

Để  khối lượng của chất phân hạch phải đạt đến một đạt đến một giá trị tối thiểu nào đó gọi là khối lượng tới hạn.

c. Phản ứng phân hạch có điều khiển

- Được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k = 1.

- Dùng các thanh điều khiển có chứa bo hay cađimi hấp thụ các nơron thừa để đảm bảo k = 1. Nhiên liệu phân hạch trong các lò phản ứng thường là ²³⁵U hay ²³⁹Pu

II. Luyện tập

Bài 1: So sánh quá trình phóng xạ α và quá trình phân hạch.

Lời giải:

So sánh quá trình phân rã và quá trình phân hạch:

- Quá trình phóng xạ α là quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân không bền vững còn quá trình phân hạch tự phát xảy ra với xác suất rất nhỏ, đa số là các phản ứng phân hạch kích thích.

- Các phản ứng phân hạch khác với phóng xạ các hạt tạo ra từ phản ứng phân hạch có cùng một cỡ khối lượng

- Năng lượng tạo ra từ phản ứng phân hạch rất lớn so với năng lượng phóng xạ.

- Phản ứng phân hoạch có thể tạo ra phản ứng dây chuyền còn sự phóng xạ α không thể tạo ra phản ứng dây chuyền.

Bài 2. Căn cứ vào độ lớn của Wlk/A chứng tỏ rằng, quá trình phân hạch thường chỉ xảy ra đối với các hạt nhân có số nuclon lớn hơn hay bằng 200.

Lời giải:

Giả sử xét phản ứng phân hạch:

Ta nhận thấy các hạt sinh ra có số khối xấp xỉ trong khoảng 50 đến 100 thì năng lượng liên kết riêng Wlk/A sẽ lớn hơn Wlk/A của các hạt trước phản ứng ( có số khối A lớn hơn 200)

Bài 3. Chọn đáp án đúng. Phần năng lượng giải phóng trong phân hạch là?

A. động năng của các nơtron phát ra.

B. động năng các mảnh.

C. năng lượng tỏa ra do phóng xạ của các mảnh.

D. năng lượng các photon của tia γ

Lời giải:

Chọn đáp án B.

Phần lớn năng lượng giải phóng trong phân hạch là động năng của các mảnh.

Ví dụ: Mỗi phân hạch Urani giải phóng năng lượng 200MeV, lượng năng lượng này được phân bố như sau:

Động năng của các mảnh: 168MeV

Tia γ: 11 MeV

Các nơtron + β + Nitrino: 21MeV

Bài 4. Hoàn chỉnh các phản ứng:

Lời giải:

 

Bài 5. Xét phản ứng phân hạch:

Lời giải:

Bài 6. Tính năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1 kg ²³⁵U. Cho rằng mỗi phân hạch tỏa ra năng lượng 200 MeV.

Lời giải:

Bài 7. Nhà máy điện nguyên tử dùng U235 có công suất 600 MW hoạt động liên tục trong 1 năm. Cho biết 1 hạt nhân bị phân hạch tỏa ra năng lượng trung bình là 200 MeV, hiệu suất nhà máy là 20% 

a) Tính lượng nhiên liệu cần cung cấp cho nhà máy trong 1 năm ?

b) Tính lượng dầu cần cung cấp cho nhà máy công suất như trên và có hiệu suất là 75%. Biết năng suất toả nhiệt của dầu là 3.107 J/kg. So sánh lượng dầu đó với urani ?

Lời giải:

a) Vì H = 20% nên công suất urani cần cung cấp cho nhà máy là 

P_n = 100.P/20 = 5P

Năng lượng do nhiên liệu cung cấp cho nhà máy trong 1 năm là W = P_n.t = 365.6.10⁸.24.3600 = 9,64.10¹⁵J Số hạt nhân phân dã được năng lượng đó là N = W/200.1,3.10^-13 = 2,96.10²⁶ hạt .

Khối lượng U235 cung cấp cho nhà máy là m = N.A/NA = 1153,7 kg.

b) Vì hiệu suất nhà máy là 75% nên có công suất 600 MW dầu có công suất P / = P/H = 4P/3.

Năng lượng dầu cung cấp cho 1 năm là W/ = P_n/ t = (4.6.108/3).24.3600.356 = 2,53.10¹⁵ J.

Lượng dầu cần cung cấp là m/ = W//3.10⁷ = 8,4.10⁷ kg = 84 000 tấn.

Ta có m′m = 7,20. 10⁵