Bài 16: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH

I. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

1. Khái niệm và phân loại phản ứng hạt nhân

Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.

Phản ứng hạt nhân có 2 loại:

a. Phản ứng hạt nhân tự phát: Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác bền vững hơn.

b. Phản ứng hạt nhân kích thích: Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau chủ yếu thông qua quá trình va chạm và biến đổi tạo ra các hạt nhân khác.

2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

– Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm.

– Định luật bảo toàn số nucleon: Tổng số nucleon (số khối) của các hạt tương tác bằng tổng số nucleon (số khối) của các hạt sản phẩm.

– Định luật bảo toàn động lượng: vectơ tổng động lượng của các hạt tương tác bằng vectơ tổng động lượng của các hạt sản phẩm.

– Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm.

3. Năng lượng phản ứng hạt nhân

Phản ứng hạt nhân có thể toả năng lượng hoặc thu năng lượng.

Q = (mtrước – msau)\({c^2}\)

– Nếu Q > 0: phản ứng toả năng lượng

– Nếu Q < 0: phản ứng thu năng lượng

II. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH VÀ PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH

1. Phản ứng phân hạch

Phản ứng phân hạch là quá trình trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành các hạt nhân nhẹ hơn.

Xét các phản ứng phân hạch:

         \({}_{92}^{235}U + {}_0^1n \to {}_{92}^{236}U \to {}_{56}^{141}Ba + {}_{36}^{92}Kr + 3{}_0^1n\)

Mỗi hạt nhân \({}_{92}^{235}U\) phân hạch tạo ra năng lượng khoảng 200MeV.

Chú ý:

– Hệ số nhân neutron: Hệ số nhân neutron k là số neutron sinh ra sau phản ứng trừ đi số neutron bị hấp thụ bởi môi trường xung quanh.

+ 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 bùng nổ.

– Khối lượng tới hạn của  vào cỡ 15kg,  vào cỡ 5kg.

2. Phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch)

Phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch) là quá trình trong đó hai hạt nhân nhẹ kết hợp với nhau để tạo thành hạt nhân nặng hơn. Phản ứng nhiệt hạch chỉ xảy ra ở nhiệt độ cực cao.

Ví dụ:

Mỗi phản ứng trên toả ra năng lượng khoảng 17,59MeV

3. Ưu việt của năng lượng tổng hợp hạt nhân

So với năng lượng phân hạch, năng lượng tổng hợp hạt nhân ưu việt hơn:

• • Nhiên liệu dồi dào.
  • Ưu việt về tác dụng đối với môi trường.