Bài 38: Phản ứng phân hạch

I. Cơ chế của phản ứng phân hạch

1. Phản ứng phân hạch

Phân hạch là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn.

• Phản ứng phân hạch tự phát xảy ra với xác xuất rất nhỏ.
• Ta chỉ xét các phản ứng phân hạch kích thích.

2. Phản ứng phân hạch kích thích

• Để tạo ra phản ứng phân hạch của hạt nhân X cần truyền cho nó một năng lượng đủ lớn gọi là năng lượng kích hoạt (cỡ vài MeV).
• Người ta thường cho một nơtron bắn vào X để X "bắt" neutron đó.
• X chuyển sang một trạng thái kích thích X', trạng thái này không bền vững và kết quả xảy ra phân hạch.

\(n+X\rightarrow X'\rightarrow Y+Z+kn\)

II. Năng lượng phân hạch

1. Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng

Xét phản ứng

\(^1_0n+_{92}^{235}U\rightarrow_{92}^{236}U^{\circledast}\rightarrow_{39}^{95}Y+_{53}^{138}I+3_0^1n\)

• Phản ứng này là phản ứng tỏa năng lượng, năng lượng tỏa ra được gọi là năng lượng phân hạch.
• Mỗi hạt nhận urani phân hạch tỏa ra năng lượng xấp xỉ bằng 200 MeV.
• Sự phân hạch của 1 g \(^{235}U\) giải phóng lượng năng lượng tương đương với khi đốt cháy hết 8,5 tấn than hoặc 2 tấn dầu.

2. Phản ứng phân hạch dây chuyền

Sự phân hạch của một hạt nhân urani còn kèm theo sự giải phóng neutron. Các neutron này có thể kích thích các hạt nhân khác của chất phân hạch để tạo nên những phản ứng phân hạch mới.

Các phản ứng phân hạch xảy ra liên tiếp tạo thành một phản ứng dây chuyền.

Giả sử sau mỗi lần phân hạch, có \(k\) neutron được giải phóng thì sau \(n\) lần phân hạch liên tiếp, số neutron giải phóng là \(k^n\) và kích thích \(k^n\) phân hạch mới.

• \(k< 1\): phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh
• \(k=1\): phản ứng phân hạch dây chuyên tự duy trì và công suất phát ra không đổi theo thời gian
• \(k>1\): phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, công suất phát ra tăng nhanh và có thể gây bùng nổ

3. Phản ứng phân hạch có điều khiển

Trong các lò phản ứng hạt nhân, người ta dùng những thanh điều hiển để phản ứng phân hạch xảy ra với hệ số \(k=1.\)

Nhiên liệu phân hạch trong các lò phản ứng thường là \(^{235}U\) hay \(^{239}Pu\).

Năng lượng tỏa ra từ lò phản ứng không đổi theo thời gian.