Lý thuyết về phản ứng phân hạch hay đầy đủ nhất

Bài viết hôm nay, HocThatGioi sẽ cùng các bạn đi tìm hiểu về bài Phản ứng phân hạch. Vậy Phản ứng phân hạch là gì? Cơ chế của nó thế nào? Có đặc điểm ra sao? Tất cả được được HocThatGioi tổng hợp và chia sẻ lại một cách đầy đủ và chi tiết nhất để các bạn có thể tham khảo một cách dễ dàng nhất rồi đấy. Vậy nên hãy cùng HocThatGioi bắt đầu bài học ngay nào!

1. Khái niệm phản ứng phân hạch

• Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron chậm vỡ thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra một số nơtron và tỏa ra một năng lượng rất lớn (khoảng 200 MeV).
• Năng lượng tỏa ra dưới dạng động năng của các hạt.
• Các nhiên liệu chủ yếu thực hiện phản ứng nhiệt hạch là _{92}^{235}\textrm{U} và _{34}^{239}\textrm{Pu}

2. Cơ chế của phản ứng phân hạch

• Để phản ứng có thể xảy ra được thì phải truyền cho hạt nhân 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 nơtron bắn vào X để X bắt (hoặc hấp thụ) nơtron đó và chuyển sang trạng thái kích thích. Trạng thái này không bền và kết quả xảy ra phân hạch theo sơ đồ n+X→X∗→Y+Z+kn
• Như vậy quá trình phân hạch của hạt nhân X không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích.

Ví dụ:  _{0}^{1}\textrm{n} + _{92}^{235}\textrm{U} \rightarrow _{92}^{236}\textrm{U} \rightarrow _{39}^{53}\textrm{Y3}+ _{5}^{138}\textrm{I} + 3 _{0}^{1}\textrm{n}

3. Đặc điểm của phản ứng phân hạch

• Sau mỗi phản ứng phân hạch đều có hơn 2 notron chậm được sinh ra.
• Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng lớn, khoảng 200 MeV.

4. Phản ứng dây chuyền

Các nơtron tạo thành sau phân hạch có động năng lớn (nơtron nhanh) thường bị U238 hấp thụ hết hoặc thoát ra ngoài khối Urani. Nếu chúng được làm chậm lại thì có thể gây ra sự phân hạch tiếp theo cho các hạt U235 khác khiến cho sự phân hạch trở thành phản ứng dây chuyền.

Trên thực tế không phải mọi nơtron sinh ra đều có thể gây ra sự phân hạch (vì có nhiều nơ tron bị mất mát do bị hấp thụ bởi các tạp chất trong nhiên liệu, bị U238 hấp thụ mà không gây nên phân hạch, hoặc bay ra ngoài khối nhiên liệu…). Vì vậy muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét đến số nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch.

Gọi k là số nơtron còn lại sau phân hạch tiếp tục được U235 hấp thụ.

• Nếu k >1: số phân hạch tăng lên rất nhanh với tốc độ k^1,k^2,k^3…Phản ứng dây chuyền trở thành thác lũ không thể không chế. Hệ thống gọi là vượt hạn. Đây chính là cơ chế nổ của bom nguyên tử.
• Nếu k < 1: Phản ứng dây chuyền không thể xảy ra.Hệ thống gọi là dưới hạn.
• Nếu k =1: Phản ứng dây chuyền có thể khống chế. Hệ thống gọi là tới hạn. Đây chính là cơ chế hoạt động của nhà máy điện nguyên tử.

Muốn k = 1 thì khối lượng Urani hoặc Plutoni phải đạt đến một trị số tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn m_{th}

Lưu ý: Điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra là k =1 và m > m_th.

5. Lò phản ứng hạt nhân

• Là thiết bị để tạo ra các phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và điều khiển được.
• Nhiên liệu phân hạch trong các lò phản ứng hạt nhân thường là U235 hoặc Pu239.
• Để đảm bảo cho k = 1 người ta dùng các thanh điều khiển chứa Bo hay Cd, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron (khi số nơtron trong lò tăng lên quá nhiều thì người ta cho các thanh điều khiển ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu để hấp thụ số nơtron thừa).
• Năng lượng tỏa ra từ lò phản ứng không đổi theo thời gian.

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Lý thuyết về phản ứng phân hạch hay đầy đủ nhất. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!