Phản ứng phân hạch và nhiệt hạch ( chuẩn)

PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH VÀ NHIỆT HẠCH

A. LÝ THUYẾT

I. Phản ứng phân hạch: Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn (có số khối trung bình) và vài nơtron.

\(_{0}^{1}\textrm{n}+_{92}^{235}\textrm{U}\rightarrow _{92}^{236}\textrm{U}\rightarrow _{53}^{139}\textrm{I}+_{39}^{94}\textrm{Y}+3(_{0}^{1}\textrm{n})+\gamma\)

+ Nơtrron chậm là nơtron có động năng dưới 0,01MeV.

+ Mỗi hạt nhân \(_{92}^{235}\textrm{U}\) khi phân rã tỏa năng lượng khoảng 200MeV.

1. Phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng phân hạch.

2. Phản ứng phân hạch dây chuyền.

    Gỉa sử một lần phân hạch có k nơtron được giải phóng đến kích thích các hạt nhân \(_{}^{235}\textrm{U}\) tạo nên những phân hạch mới. Sau n lần phân hạch liên tiếp, số nơtron giải phóng là \(k^{n}\) và kích thích \(k^{n}\) phân hạch mới

    Khi k1 thì phản ứng phân hoạch dây chuyền được duy trì.

    Khối lượng tối thiểu của chất phân hạch để phản ứng phân hạch duy trì gọi là khối lượng tới  hạn. Để xảy ra phản ứng phân hạch thì khối lượng chất phải lớn hơn khối lượng tới hạn. (Đây là phản ứng của bom nguyên tử).

3. Phản ứng phân hạch khi có điều khiển.

     Khi k = 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và năng lượng phát ra không đổi theo thời gian. Đây là phản ứng phân hạch có điều khiển được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân.

II. Phản ứng nhiệt hạch: là phản ứng trong đó 2 hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn và vài nơtron.

· Ví dụ:  \(_{1}^{2}\textrm{H} +_{1}^{2}\textrm{H} \rightarrow _{2}^{3}\textrm{He} +_{0}^{1}\textrm{n} +4MeV\)

\(_{1}^{2}\textrm{H} + _{1}^{3}\textrm{H} \rightarrow _{2}^{4}\textrm{H} +_{0}^{1}\textrm{n} +17,6MeV\)

1. Đặc điểm: + Phản ứng nhiệt hạch là phaûn öùng toả năng lượng.

  + Tính theo mỗi một phản ứng thì phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lượng ít hơn phản ứng phân hạch, nhưng tính theo khối lượng nhieân lieäu thì phaûn öùng nhiệt hạch toả ra năng lượng nhiều hơn.

 + Sản phẩm của pứ nhiệt hạch sạch hơn (không có tính phóng xạ)

2. Điều kiện để có phản ứng nhiệt hạch xảy ra:

    Nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ.

    Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn.

    Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn.

3. Năng lượng nhiệt hạch:

    Tỏa ra năng lượng rất lớn.

    Là nguồn gốc năng lượng của hầu hết các vì sao.

4. Ưu điểm của năng lượng nhiệt hạch:

    Nguồn nguyên liệu dồi dào.

    Phản ứng nhiệt hạch không gây ô nhiễm môi trường.

SO SÁNH PHÂN HẠCH VÀ NHIỆT  HẠCH

III. Nhà máy điện nguyên tử

+ Hiệu suất nhà máy:  \(H=\frac{P_{ci}}{zP_{tp}}\) (%)   

+ Tổng năng lượng tiêu thụ trong thời gian t: A = P_tp. t

+ Số phân hạch: \(\Delta N=\frac{A}{\Delta E} =\frac{P_{tp}t}{\Delta E}\) (Trong đó  là năng lượng toả ra trong một phân hạch)

+ Nhiệt lượng toả ra:  Q = m.q

q: năng suất tỏa nhiệt (J/kg)

B. BÀI TẬP

1. Phản ứng phân hạch, nhiệt hạch

Câu 1: Phản ứng phân hạch U235 dùng trong lò phản ứng hạt nhân và cả trong bom nguyên tử. Tìm sự khác biệt căn bản giữa lò phản ứng và bom nguyên tử.

A. Số nơtron được giải phóng trong mỗi phản ứng phân hạch ở bom nguyên tử nhiều hơn ở lò phản ứng

B. Năng lượng trung bình được mỗi nguyên tử urani giải phóng ra ở bom nguyên tử nhiều hơn hơn ở lò phản ứng

C. Trong lò phản ứng số nơtron có thể gây ra phản ứng phân hạch tiếp theo được khống chế

D. Trong lò phản ứng số nơtron cần để gây phản ứng phân hạch tiếp theo thì nhỏ hơn ở bom nguyên tử.

Câu 2: Chọn câu sai. Lý do của việc tìm cách thay thế năng lượng phân hạch bằng năng lượng nhiệt hạch là:

A. Tính trên một cùng đơn vị khối lượng là phản ứng nhiệt hạch tỏa ra năng lượng nhiều hơn phản ứng phân hạch.

B. Nguyên liệu của phản ứng nhiệt hạch có nhiều trong thiên nhiên. Phản ứng nhiệt hạch dễ kiểm soát.

C. Phản ứng nhiệt hạch dễ kiểm soát hơn phản ứng phân hạch.

D. Năng lượng nhiệt hạch sạch hơn năng lượng phân hạch.

Câu 3: Tìm phát biểu sai về phản ứng nhiệt hạch:

A. Sự kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành một hạt nhân năng hơn cũng toả ra năng lượng.

B. Mỗi phản ứng kết hợp toả ra năng lượng bé hơn một phản ứng phân hạch, nhưng tính theo khối lượng nhiên liệu thì phản ứng kết hợp toả ra năng lượng nhiều hơn.

C. Phản ứng kết hợp toả ra năng lượng nhiều, làm nóng môi trường xung quanh nên gọi là phản ứng nhiệt hạch.

D. Bom H là ứng dụng của phản ứng nhiệt hạch nhưng dưới dạng phản ứng nhiệt hạch không kiểm soát được.

Câu 4: Chọn câu trả lời sai. Phản ứng nhiệt hạch

A. Chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao.

B. Trong lòng mặt trời và các ngôi sao xảy ra phản ứng nhiệt hạch.

C. Con nguời đã tạo ra phản ứng nhiệt hạch dưới dạng kiểm soát được.

D. Dược áp dụng để chế tạo bom kinh khí.

Câu 5: Lí do khiến con nguời quan tâm đến phản ứng nhiệt hạch vì

A. nó cung cấp cho con nguời nguồn năng lượng vô hạn.

B. về mặt sinh thái, phản ứng nhiệt hạch sạch hơn phản ứng phân hạch.

C. có ít chất thải phóng xạ làm ô nhiễm môi trường.

D. Cả ba câu trên đều đúng.

A. 16,96.10³kg                      B. 16,96kg                       C. 16.10³kg                   D. 16kg

Câu 4: Trong nước thường có 0,015% nước năng D₂O. Tính số nguyên tử Đơtêri có trong 1 kg nước thường

A. 9,03.10²⁰ nguyên tử                                                   B. 9,03.10²¹ nguyên tử

C. 9,03.10²² nguyên tử                                                    D. 9,03.10²³ nguyên tử

Câu 5: Trong phản ứng tổng hợp Hêli: \(_{3}^{7}\textrm{Li} + _{1}^{1}\textrm{H} \rightarrow 2_{2}^{4}\textrm{He} +17,3MeV\) . Nếu tổng hợp 1g Hêli thì năng lượng tỏa ra cần để đun sôi bao nhiêu kg nước từ O⁰C. Biết N_A = 6,02.10²³mol^-1; C = 4,18kJ/kg.K.

A. 5,89.10⁴kg                         B. 3,89.10⁴kg                   C. 4,98.10⁵kg                 D. 2,98.10⁵k

Câu 6: Trong phản ứng tổng hợp Hêli: \(_{3}^{7}\textrm{Li} + _{1}^{1}\textrm{H} \rightarrow _{2}^{4}\textrm{He} +_{2}^{4}\textrm{He}\):  Biết m_Li = 7,0144u; m_H = 1,0073u; m_He4 = 4,0015u, u = 931,5MeV/c². Nhiệt dung riêng của nước là  lµ 4,19kJ/kg.k^-1. Nếu tổng hợp Heeli từ  1g liti thì năng lượng tỏa ra có thể đun sôi một khối lượng nước 0⁰C :

A. 4,25.10⁵kg;                        B. 5,7.10⁵kg;                   C. 7,25. 10⁵kg;               D. 9,1.10⁵kg.