Sự phóng xạ và sự phân hạch hạt nhân

Câu hỏi: Sự phóng xạ và sự phân hạch hạt nhân:

A. Đều có sự hấp thụ nơtron chậm.           

B.  Đều là phản ứng hạt nhân thu năng lượng.

C.  Đều không phải là phản ứng hạt nhân.     

D. Đều là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.

Trả lời: 

Đáp án đúng: D. đều là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.

Sự phóng xạ và sự phân hạch hạt nhân đều là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng

Giải thích:

Sự phóng xạ là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng, xảy ra tự nhiên, không có sự hấp thụ nơtron chậm. Sự phân hạch hạt nhân là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng và có sự hấp thụ nơtron chậm.

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về phóng xạ nhé!

I. Sự phóng xạ

1. Hiện tượng phóng xạ

a. Thế nào là hiện tượng phóng xạ?

     Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng ra những bức xạ (gọi là tia phóng xạ) và biến đổi thành hạt nhân khác. Tia phóng xạ không nhìn thấy, nhưng có thể phát hiện được chúng do chúng có khả năng làm đen kính ảnh, iôn hoá các chất, lệch trong điện, từ trường...

b. Đặc điểm của hiện tượng phóng xạ

     Hiện tượng phóng xạ hoàn toàn do các nguyên nhân bên trong hạt nhân gây ra, tuyệt đối không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài. Dù nguyên tử phóng xạ nằm trong hợp chất, chịu áp suất hay nhiệt độ bất kì nào thì sự phóng xạ vẫn xảy ra tuân theo định luật phóng xạ.

c. Định luật phóng xạ

* Phát biểu: Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời gian T gọi là chu kì bán rã. Cứ sau mỗi chu kì này thì 1/2 số nguyên tử của chất ấy biến đổi thành chất khác.

* Biểu thức:

Gọi N₀ và m₀ là số nguyên tử và khối lượng tại thời điểm ban đầu (t = 0)
      N và m là số nguyên tử và khối lượng ở thời điểm t.

                                      N_t = N₀e^-λt = N₀2^-t/T

                            Hoặc: m_t = m₀e^-λt = m₀2^-t/T

Trong đó λ là hằng số phóng xạ, liên hệ với chu lì bán rã T:

d. Độ phóng xạ

Định nghĩa: Độ phóng xạ H của một lượng chất phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính chất phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, được đo bằng số phân rã trong 1 giây. Đơn vị là Becơren (Bq) hoặc Curi (Ci).

1 Bq = 1 phân rã/giây; 1 Ci = 3,7.10¹⁰ Bq.

Biểu thức: Độ phóng xạ H giảm theo thời gian:

với H₀ =  λN₀ là độ phóng xạ ban đầu.

2. Bản chất và tính chất của các loại tia phóng xạ. Các quy tắc dịch chuyển

Cho các tia phóng xạ đi qua điện trường giữa hai bản của một tụ điện. Ta có thể xác định được bản chất các tia phóng xạ. Một chất phóng xạ chỉ phóng ra một trong ba loại tia α, β- hay β+ (có thể kèm theo tia γ)

a. Tia anpha (α)

Tia α thực chất là chùm hạt nhân của nguyên từ Hêli    ⁴₂He.

Các tính chất:

+ Lệch về bản âm của tụ điện (Có điện tích +2e)

+ Phóng ra với vận tốc khoảng 10⁷ m/s, nó làm iôn hóa môi trường và mất dần năng lượng.

+ Khả năng đâm xuyên yếu, đi được tối đa 8cm trong không khí. Không xuyên qua được tấm thủy tinh mỏng.

+ Phương trình phóng xạ:

                      ^AX → ⁴₂He + ^A-4Y.

So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng HTTH và có số khối nhỏ hơn 4 đơn vị.

b. Tia bêta β: Có 2 loại:

* β-: Lệch về bản dương của tụ điện, thực chất là dòng các êlectrôn: 

So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng HTTH và có cùng số khối.

  V là phản nơtrinô, không mang điện, có số khối A = 0, chuyển động với vận tốc ánh sáng.

* β+: Lệch về bản âm của tụ điện, thực chất là chùm hạt có khối lượng như e- nhưng mang điện tích +e, gọi là êlectrôn dương hay pôzitrôn (loại này hiếm thấy hơn ⁰_-1e ).

Khi phóng xạ β+ hạt nhân con lùi 1 ô. Thực chất là sự biến đổi 1 prôtôn thành 1 nơtrôn, 1 pôzitrôn và 1 nơtrinô: p → n + e⁺ + v 

Các tính chất của tia β:

* Phóng ra với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng.

* Khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia α và đi được hàng trăm mét trong không khí.

c. Tia gamma: (γ)

      Có bản chất sóng điện từ như tia Rơnghen nhưng có bước sóng ngắn hơn, vì vậy có các tính chất như tia Rơnghen nhưng mạnh hơn. Đặc biệt là khả năng đâm xuyên lớn, có thể đi qua lớp chì dày hàng chục cm và gây nguy hiểm đối với cơ thể con người.

* Phóng xạ gamma: không có sự biến đổi hạt nhân, chỉ có sự chuyển trạng thái từ mức năng lượng cao E₂ xuống mức năng lượng thấp E₁ bằng cách bức xạ phôtôn năng lượng: hf = E₂ - E₁ 

Bức xạ gamma luôn đi kèm theo phóng xạ α và β.

II. Phân hạch và nhiệt hạch

1. Phản ứng phân hạch

a. Định nghĩa : Hiện tượng một hạt nhân loại rất nặng hấp thụ một nơtrôn chậm có động năng nhỏ hơn 0,1 eV rồi vỡ ra thành hai hạt nhân có số khối trung bình.

b. Đặc điểm: 

Hai đặc điểm quan trọng: 

* Sinh ra 2 đến 3 nơtrôn.

* Toả ra một năng lượng lớn.

c. So sánh phóng xạ và phân hạch

* Hai điểm giống nhau

- Đều có sự biến đổi một hạt nhân ban đầu thành các hạt nhân khác. Chúng đều là các phản ứng hạt nhân.

- Đều là các quá trình kèm theo sự tỏa năng lượng dưới dạng động năng của các hạt sinh ra và năng lượng bức xạ gama.

* Hai điểm khác nhau

- Hiện tượng phóng xạ không chịu tác động của các yếu tố bên ngoài, tốc độ phân rã của mỗi chất hoàn toàn do nguyên nhân bên trong quyết định. Trong khi đó, tốc độ của quá trình phân hạch phụ thuộc vào lượng nơtrôn chậm có trong khối chất, do đó tốc độ này có thể khống chế được.

- Đối với mỗi chất phóng xạ, thành phần của tia phóng xạ là hoàn toàn ổn định còn cấu tạo và khối lượng của 2 hạt nhân vỡ ra trong sự phân hạch không hoàn toàn xác định.

d. Phản ứng dây chuyền và điều kiện để phản ứng xảy ra

* Một phần nơtrôn sinh ra bị mất mát vì nhiều nguyên nhân (thoát ra ngoài, bị các hạt nhân loại khá hấp thụ...) nhưng nếu sau mỗi phân hạch vẫn còn lại trung bình s nơtrôn (s > 1) gây ra s phân hạch mới, sinh ra s² nơtrôn, rồi s³, s⁴... nơtrôn. Kết quả số phân hạch xảy ra liên tiếp và tăng lên rất nhanh. Đó là phản ứng hạt nhân dây chuyền; s gọi là hệ số nhân nơtrôn.

+ Với s < 1 thì hệ thống gọi là dưới hạn, phản ứng dây chuyền không xảy ra. Để xảy ra phản ứng dây chuyền phải có điều kiện: s > 1 ta cần có khối lượng tối thiểu m > m_th (khối lượng tới hạn), ví dụ ²³⁵ U đã làm giàu thì m_th= 15 kg)

2. Phản ứng nhiệt hạch

a. Định nghĩa: Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn.

b. Đặc điểm của phản ứng nhiệt hạch

Là một phản ứng toả năng lượng. Tuy một phản ứng nhiệt hạch toả năng lượng ít hơn một phản ứng phân hạch nhưng tính theo khối lượng nhiên liệu thì phản ứng nhiệt hạch toả năng lượng nhiều hơn.

c. Điều kiện xảy ra phản ứng nhiệt hạch

Các phản ứng kết hợp rất khó xảy ra vì các hạt nhân tích điện dương nên đẩy nhau.

Muốn chúng tiến lại gần nhau và kết hợp được thì chúng phải có động năng rất lớn đê thang lực đấy Cu lông. Muốn có động năng rất lớn thì phải có nhiệt độ rất cao. Vì thế nên gọi là phản ứng nhiệt hạch.

d. Hai lí do khiến con người quan tâm đến năng lượng nhiệt hạch

- Năng lượng nhiệt hạch là nguồn năng lượng vô tận cho con người, vì nhiên liệu của phản ứng nhiệt hạch là Đơteri, Triti có rất nhiều trong nước sông, nước biển.

- Về mặt sinh thái, phản ứng nhiệt hạch “sạch” hơn phản ứng phân hạch vì ít có bức xạ hay cặn bã phóng xạ.