Bài giảng Vật lý Lớp 12 - Tiết 68, Bài 38: Phản ứng phân hạch

 Tiết 68: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 
NỘI DUNG 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
II. Năng lượng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch là gì?. 
2. Phản ứng phân hạch kích thích. 
1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng. 
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền. 
3. Phản ứng phân hạch có điều kiện. 
 Tiết 68: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 
 Hãy quan sát sự phân hạch của một hạt nhân: 
 Tiết 68: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 
2. Phản ứng phân hạch kích thích . 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch là gì ?. 
 Dùng n bắn vào hạt nhân X. Hạt X “NHẬN” n và chuyển sang trạng thái kích thích X * . Trạng thái này không bền và xảy ra phân hạch. X * vỡ thành hai mảnh kèm theo một vài nơtrôn phát ra. 
Hãy đưa ra phương trình tổng quát của phân hạch? 
 Với k = 1, 2, 3 
 Quá trình phân hạch hạt X không trực tiếp xảy ra mà phải qua trạng thái kích thích X * . 
 Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn. Hai mảnh này gọi là sản phẩm phân hạch. 
2. Phản ứng phân hạch kích thích . 
Quá trình phóng xạ α có phải là phân hạch hay không? 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch là gì ?. 
 Những nhiên liệu cơ bản của công nghiệp năng lượng hạt nhân: 
Giải thích sơ đồ hình 38.1 SGK ? 
2. Phản ứng phân hạch kích thích . 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch là gì ?. 
Tại sao không dùng prôtôn thay cho nơtrôn? 
 Vì prôtôn mang điện dương, chịu tác dụng lực đẩy của hạt nhân. 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
II. Năng lượng phân hạch. 
 Xét các phản ứng phân hạch sau đây làm ví dụ điển hình: 
 Các phản ứng phân hạch là phản ứng toả năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng . 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
II. Năng lượng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng . 
 Tính toán cho thấy, sự phân hạch của 1g 235 U giải phóng 1 năng lượng bằng 8,5.10 10 J, tương đương với năng lượng của 8,5 tấn than hoặc 2 tấn dầu toả ra khi cháy hết. 
Năng lượng giải phóng ngay khi phân hạch (trong 10 -14 s) 
 Động năng của các mảnh: 167 MeV 
 Động năng của nơtrôn: 5 MeV 
 Động năng của các prôtôn: 6 MeV 
Năng lượng toả ra do phóng xạ của các mảnh 
 Động năng của các electron: 8 MeV 
 Động năng của các  : 6 MeV 
 Động năng của các nơtrinô: 12 MeV 
Tổng năng lượng toả ra 
204 MeV 
 Bảng 38.1 . 
Nhận xét sự phân bố năng lượng giải phóng trong quá trình phân hạch của một hạt nhân U? 
 Năng lượng giải phóng trong quá trình phân hạch chủ yếu dưới dạng động năng của các mảnh. 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
II. Năng lượng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng . 
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền . 
Tìm hiểu SGK, hãy cho biết thế nào là phản ứng dây chuyền? 
 Khi xảy ra sự phân hạch, các nơtrôn được giải phóng có thể kích thích các hạt nhân khác của chất phân hạch tạo nên những phản ứng phân hạch mới. Kết quả là các phản ứng phân hạch xảy ra liên tiếp tạo thành một phản ứng dây chuyền. 
n 
n 
n 
 sự phân hạch DÂY CHUYỀN 
n 
U 
n 
n 
n 
U 
n 
n 
n 
U 
U 
U 
U 
U 
k = 2 
U 
n 
U 
U 
U 
U 
U 
U 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
II. Năng lượng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng . 
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền . 
Hệ số nhân nơtrôn k có vai trò như thế nào trong phản ứng dây chuyền? 
 k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh. 
 k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và năng lượng phát ra không đổi theo thời gian. 
 k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và năng lượng phát ra tăng nhanh có thể gây ra bùng nổ. 
Thế nào là khối lượng tới hạn? 
 Là khối lượng tối thiểu của chất phân hạch để phản ứng phân hạch dây chuyền duy trì được trong đó. 
BOM NGUYÊN TỬ 
Julius Robert Oppenheimer(1904 – 1967) 
 Một vài hình ảnh về thảm hoạ do bom nguyên tử. 
 Cảnh hoang tàn chết chóc, sau vụ nổ bom nguyên tử ở hai thành phố Hidroshima và Nagashaki vào tháng 8 năm 1945 ở Nhật. 
I. Cơ chế của phản ứng phân hạch. 
II. Năng lượng phân hạch. 
1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng . 
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền . 
3. Phản ứng phân hạch có điều kiện . 
 Phản ứng phân hạch thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân tương ứng với trường hợp k = 1. Người ta dùng những thanh điều khiển chứa Bo hay Cađimi có tác dụng hấp thụ nơtrôn để đảm bảo cho k = 1. Năng lượng toả ra từ lò phản ứng không đổi theo thời gian. 
NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ 
NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ 
nhiên liệu 
điều chỉnh 
Ch ất l àm chậm Nơtron 
Chất tải nhiệt 
B ơm 
Nước 
Hơi đi tới tuabin 
l ò sinh hơi 
TÓM TẮT KIẾN THỨC 
 Phân hạch: Là sự vỡ của một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân trung bình (kèm theo một vài nơtrôn phát ra. 
 Phân hạch của 235 U: dưới tác dụng của một nơtrôn toả ra năng lượng vào cỡ 200 MeV và được duy trì theo quá trình dây chuyền (trong điều khiện khối lượng 235 U đủ lớn). Các sản phẩm của phân hạch là những hạt nhân chứa nhiều nơtrôn và phóng xạ β - . 
 Phản ứng phân hạch dây chuyền có điều kiện được tạo ra trong lò phản ứng. 
 KIỂM TRA KIẾN THỨC 
CÂU 1 : 
	 Phần lớn năng lượng giải phóng trong phân hạch là: 
A. Động năng các nơtrôn phát ra. 
B. Động năng các mảnh. 
C. Năng lượng toả ra do phóng xạ của các mảnh. 
D. Năng lượng các phôtôn của tia  . 
CÂU 2 : 
	 Hoàn chỉnh các phản ứng sau: 
 KIỂM TRA KIẾN THỨC 
CÂU 3 : 
	 Xét phản ứng phân hạch: 
Tính năng lượng toả ra khi phân hạch một hạt nhân 235 U? Cho biết: 235 U = 234,99332 u 
	 139 I = 138,89700 u ; 94 Y = 93,89014 u 
CÂU 4 : 
	 Tính năng lượng toả ra khi phân hạch 1 kg 235 U. Cho rằng mỗi phân hạch toả ra năng lượng 200 MeV.