Phản ứng phân hạch là phản ứng thu hay tỏa năng lượng

Câu trả lời đúng nhất: Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảng nhẹ hơn. Phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa năng lượng lớn, cỡ 200 MeV.

Để tìm hiểu rõ hơn mời các bạn cùng Top lời giải theo dõi bài viết dưới đây nhé!

1. Phản ứng phân hạch là gì?

Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình (giữa bảng tuần hoàn) và có thể kèm theo sự phát kèm theo vài nơtrôn. Phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa năng lượng lớn, cỡ 200 MeV.

Phản ứng phân hạch kích thích là phản ứng phân hạch xảy ra khi bắn nơtrôn chậm (có năng lượng khoảng vài MeV) vào một hạt nhân nặng (như urani, urani, plutoni). Kết quả là tạo ra hai mảnh vỡ có số khối trung bình đồng thời

tạo ra vài notron

 Phản ứng phân hạch (phân hạch hạt nhân) là một phản ứng hạt nhân hoặc quá trình phân rã phóng xạ trong đó hạt nhân của một nguyên tử tách thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn, nhẹ hơn. Quá trình phân hạch thường tạo ra các photon gamma và giải phóng một lượng năng lượng rất lớn ngay cả theo tiêu chuẩn năng lượng của sự phân rã phóng xạ.

2. Cơ chế phản ứng phân hạch

Để phản ứng có thể xảy ra được thì phải truyền cho hạt nhận mẹ X một năng lượng đủ lớn (giá trị tối thiểu của năng lượng này gọi là năng lượng kích hoạt).

Cách đơn giản nhất để truyền năng lượng kích hoạt cho hạt nhân mẹ X là cho một nơtrôn bắn vào X để X bắt (hoặc hấp thụ) nơtrôn đó và chuyển sang trạng thái kích thích. Trạng thái này không bền và kết quả xảy ra phân hạch như sơ đồ:

+) Như vậy quá trình phân hạch của hạt nhân X không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích.

+) Các hạt nhận X₁, X₂ trong phản ứng có số khối A₁, A₂ trung bình từ 80 đến 160.

Ví dụ:  

3. Phản ứng dây chuyền

Khi một neutron kết hợp với một hạt nhân ²³⁵U sẽ vỡ ra (phân hạch), sinh ra các hạt nhân con và cỡ 2-3 neutron mới. Những neutron thứ cấp này nếu gặp được hạt nhân ²³⁵U khác thì sẽ gây ra phân hạch hạt nhân urani đó. Tùy theo mức độ để thất thoát neutron mà sẽ có mức độ phản ứng dây chuyền khác nhau. Trong thực tế người ta dùng giá trị định lượng bằng số đặc trưng cho số neutron trung bình gây ra được phản ứng kế tiếp trong khối, và gọi là hệ số nhân neutron hiệu dụng K.

Phản ứng dây chuyền tự tắt: có K<1, số neutron giữ được trong khối và gây phản ứng ít hơn số cần để duy trì như cũ. Các phản ứng xảy ra ở mức "vết", với số lượng tỷ lệ với khối lượng đồng vị phân hạch có trong khối.

Phản ứng dây chuyền tự duy trì: có K=1, số neutron giữ được trong khối và gây phản ứng bằng số cần để duy trì phản ứng. Đây là trạng thái cần duy trì trong lò phản ứng hạt nhân.

Phản ứng dây chuyền bùng nổ: có K>1, số neutron giữ được trong khối và gây phản ứng lớn hơn số cần để duy trì phản ứng. Có thể đẩy hệ thống thành mất kiểm soát. Được ứng dụng trong bom hạt nhân.

Xác suất để neutron gặp được hạt nhân ²³⁵U và gây ra phản ứng dây chuyền tùy thuộc vào các yếu tố khối lượng, mật độ, hình dạng, mức độ làm giàu, độ tinh khiết, nhiệt độ, và môi trường xung quanh. Trong số đó khối lượng có vai trò quan trọng nhất, và khối lượng tối thiểu cần thiết để duy trì phản ứng dây chuyền gọi là khối lượng tới hạn.

4. Bài tập minh họa

Bài tập 1: 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 toả 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 ?

Đáp án

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=7,20105m′m=7,20105

Bài tập 2: Nhà máy điện nguyên tử dùng U235 có công suất 180 MW. Cho biết 1 hạt nhân bị phân hạch toả ra năng lượng trung bình là 200 MeV, hiệu suất nhà máy là 25% .

a) Tính lượng nhiên liệu cần cung cấp cho nhà máy trong 2 tháng (60 ngày) ?

b) Tính lượng dầu cần cung cấp cho nhà máy công suất như trên và có hiệu suất là 40%. Biết năng suất toả nhiệt của dầu là 3.10⁷ J/kg. So sánh lượng dầu đó với urani ?

Đáp án

a) 4,55 kg.            

b) 7776 tấn.

-----------------------------------

Trên đây Top lời giải đã cùng các bạn tìm hiểu phản ứng phân hạch là phản ứng thu hay tỏa năng lượng. Chúng tôi hi vọng các bạn đã có thông tin hữu ích khi đọc bài viết này, chúc các bạn học tốt.