I. Cơ chế của phản ứng phân hạch
1. Phản ứng phân hạch là gì?
Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng võ thành hai hạt nhân có số khối trung bình (giữa bảng tuần hoàn) và có thể kèm theo sự phát kèm theo vài nơtrôn.
Chú ý: Phóng xạ không phải là một trường hợp riêng của phản ứng phân hạch.
2. Phản ứng phân hạch kích thích là phản ứng phân hạch xảy ra khi bắn nơtrôn chậm (có năng lượng khoảng vài MeV) vào một hạt nhân nặng (như urani , urani
, plutoni
). Kết quả là tạo ra hai mảnh vỡ có số khối trung bình đồng thời tạo ra vài nơtrôn.
Một phản ứng phân hạch kích thích đối với U235 như sau:
Trong đó U là urani, Y là ytri, I là iốt.
II. Năng lượng phân hạch
- Phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
- Năng lượng mà mỗi phản ứng phân hạch tỏa ra vào khoảng 200 MeV, trong đó phần lớn là động năng của các mảnh vỡ.
- Phản ứng phân hạch có thể tạo ra các phôtôn và một số nơtrôn.
III. Phản ứng phân hạch dây chuyền
Sự phân hạch của một hạt nhân có kèm theo sự phát ra 2 đến 3 nơtrôn (lấy trung bình là 2,5). Các nơtrôn này tiếp tục kích thích các hạt nhân U235 khác tạo nên các phản ứng phân hạch mới. Kết quả là các phản ứng phân hạch xảy ra liên tiếp tạo thành phản ứng dây chuyền.
Gọi k là số nơtrôn trung bình còn lại sau mỗi phân hạch có thể gây ra các phan hạch mới thì sau n phân hạch liên tiếp sẽ có kn phân hạch mới. Đội khi ta cũng gọi k là hệ số nhân nơtrôn.
- Khi k < 1 : phản ứng dây chuyền tắt rất nhanh.
- Khi k = 1 : phản ứng dây chuyền được duy trì ổn định, công suất phát ra không đổi theo thời gian.
- Khi k > 1 : Phản ứng dây chuyền tự duy trì, công suất phát ra tăng nhanh và có thể gây nên bùng nổ.
Như vậy, khi thì phản ứng dây chuyền tự duy trì.
Muốn thì khối chất phân hạch phải có khối lượng lớn hơn hoặc bằng một khối lượng nhất định đối với mỗi chất phân hạch, khối lượng này gọi là khối lượng tới hạn.
- Với U235: khối lượng tới hạn vào khoảng 15 kg.
- Với P239: khối lượng tới hạn vào khoảng 5 kg.
IV. Phản ứng phân hạch có điều khiển
Phản ứng phân hạch có k = 1 dùng trong các lò phản ứng hạt nhân là phản ứng phân hạch có điều khiển.
- Để k = 1 người ta dùng các thanh điều khiển có chưa bo hoặc cađimi để hấp thụ bớt nơtrôn thừa.
- Nhiện liệu phân hạch thường là U235 hoặc Pu239.
- Năng lượng phân hạch không đổi theo thời gian.
Bài trước Lên đầu trang Bài kế tiếp Trở về trang chủ