Website liên kết


Tài nguyên

Hỗ trợ trực tuyến

  • (Blog Lý - Tin)
  • (Nguyễn Thị Thanh Hoa)
  • (Lê Hoàng Giang)
  • (Đoàn Quốc Bảo)
  • (Nguyễn Thị Thuận)

Chát với tôi

Google Translate


Lịch của tui

Thống kê

  • truy cập   (chi tiết)
    trong hôm nay
  • lượt xem
    trong hôm nay
  • thành viên
  • CHÀO MỪNG CÁC BẠN ĐẾN VỚI BLOG LÝ - TIN CỦA TRƯỜNG THPT LỤC NGẠN 4 - LỤC NGẠN - BẮC GIANG
    Photobucket

    Gốc > LỚP HỌC VẬT LÝ TRỰC TUYẾN > Lớp 12 >

    Sự phân hạch. Nhà máy điện nguyên tử

     

    Sự phân hạch là một trong hai loại phản ứng hạt nhân toả năng lượng được phát hiện ngay trước Đại chiến thứ hai (Ottô Han, 1938). Trong Đại chiến, những nghiên cứu bí mật đã được tiến hành để sử dụng năng lượng này vào mục đích chiến tranh (chế tạo bom nguyên tử). Sau đại chiến, năng lượng này đã được sử dụng vào mục đích hoà bình (sản xuất điện trong nhà máy điện nguyên tử).

    1. Phản ứng dây chuyên (Phản ứng hạt nhân dây chuyên)
       
    Sự phân hạch là hiện tượng một hạt nhân (loại rất nặng) hấp thụ một nơtrôn rồi vỡ thành hai hạt nhân trung bình. Nơtrôn chậm, có động năng tương đương với động năng trung bình của chuyển động nhiệt (dưới 0,1 eV), dễ bị hấp thụ hơn nơtrôn nhanh.
       
    Trong các đồng vị có thể phân hạch khi hấp thụ nơtrôn chậm đáng chú ý nhất là đồng vị tự nhiên urani 235 và đồng vị nhân tạo plutôni 239. Urani thiên nhiên là hỗn hợp của 3 đồng vị, trong đó U 238 chiếm tỉ lệ 99,27%, U 235 chiếm 0,72% và U 234 chiếm 0,01%. Đồng vị U 235 dễ phân hạch nhất. Phản ứng phân hạch của U 235 là

                       

    là các hạt nhân trung bình, có số khối từ 80 đến 160. Phản ứng này sinh ra hoặc (trung bình 2,5) nơtrôn, và toả ra năng lượng khoảng dưới dạng động năng của các hạt. Đó là hai đặc điểm rất quan trọng.

    a) Một phần số nơtrôn sinh ra bị mất mát vì nhiều nguyên nhân (thoát ra ngoài khối urani, bị hấp thu bởi các hạt nhân khác…) nhưng nếu sau mỗi phân hạch, vẫn còn lại trung bình nơtrôn, mà , thì nơtrôn này đập vào các hạt nhân U 235 khác, lại gây ra phân hạch, sinh ra nơtrôn rồi nơtrôn. Số phân hạch tăng rất nhanh trong một thời gian rất ngắn: Ta có phản ứng hạt nhân dây chuyền; gọi là hệ số nhân nơtrôn.

    b) Mỗi phân hạch chỉ toả ra năng lượng nhưng 1 gam U 235 chứa tới hạt nhân nên khi phân hạch sẽ cho năng lượng rất lớn, bằng tương đương . Năng lượng phân hạch này được gọi không chính xác là năng lượng nguyên tử.

    Với thì hệ thống gọi là vượt hạn: ta không khống chế được phản ứng dây chuyền, năng lượng toả ra có sức tàn phá dữ dội. Trường hợp này đã được sử dụng để chế tạo bom nguyên tử.

    Nếu thì hệ thống gọi là tới hạn: phản ứng dây chuyền tiếp diễn, nhưng không tăng vọt, năng lượng toả ra không đổi và có thể kiểm soát được. Đó là chế độ hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân trong các nhà máy điện nguyên tử.

    Nếu nơtrôn bị mất vì thoát ra ngoài (tỉ lệ với diện tích mặt ngoài khối urani), so với số nơtrôn sinh ra (tỉ lệ với thể tích của khối) càng nhỏ nếu khối lượng urani càng lớn. Khối lượng này phải đạt tới một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn thì mới có . Quả bom nguyên tử mà máy bay Mĩ ném xuống thành phố Hirôsima của Nhật năm 1945 chứa U 235 nguyên chất có . Lúc đầu, urani chia làm hai khối ở cách nhau, mỗi khối có khối lượng bé hơn nên không nổ. Làm chập hai khối lại thì khối lượng urani vượt và bom nổ.

    Đồng vị U 238 cũng là nhiên liệu hạt nhân vì khi bắt một nơtrôn, nó biến đổi thành Pu 239 là chất phân hạch.

                   

    Việc tách riêng U235 rất công phu, tốn kém, nên các lò phản ứng hạt nhân thường dùng urani thiên nhiên đã làm giàu tức là qua chế biến, đã tăng tỉ lệ U 235 lên vài, hoặc vài chục phần trăm. Khối lượng tới hạn từ vài tấn đến vài chục tấn tuỳ tỉ lệ làm giàu cao hay thấp.

    2. Nhà máy điện nguyên tử

    Bộ phận chính của nhà máy này là lò phản ứng hạt nhân, ở đó phản ứng phân hạch dây chuyền được khống chế ở mức tới hạn.

    Lò có những thanh nhiên liệu hạt nhân A thường làm bằng hợp kim chứa urani đã làm giàu. Những thanh này đặt trong chất làm chậm B (nước nặng , hoặc than chì, berili); nơtrôn phát ra trong phân hạch là nơtrôn nhanh, chúng va chạm vào các hạt nhân của chất làm chậm, mất dần động năng và trở thành nơtrôn chậm, dễ bị urani hấp thụ. Lò phản ứng còn có các thanh điều chỉnh C làm bằng những chất hấp thụ nơtrôn (mà không phân hạch) như bo, cadimi. Khi hạ thấp các thanh này thì hệ số nhân nơtrôn giảm, nâng lên cao thì tăng. Khi lò hoạt động thì các thanh điều chỉnh được tự động giữ ở độ cao sao cho . Phản ứng phân hạch toả ra năng lượng dưới dạng động năng của các mảnh hạt nhân và các hạt khác. Động năng này chuyển thành nhiệt năng của lò. Nhiệt này được mang đi bằng chất tải nhiệt, thường là một chất lỏng chạy qua lò và sau khi nóng lên thì cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi D. Hơi nước làm chạy tua bin phát điện giống như trong nhà máy nhiệt dụng nhiệt thu được, nhà máy điện nguyên tử có thiết kế khác thành bằng thép, tường bằng bê tông, để chặn các tia phóng xạ lò phản ứng trở thành vượt hạn.

    Nhiều nhà máy điện nguyên tử đã được xây dựng ở các nước công nghiệp và cung cấp một lượng điện năng đáng kể: trên 35% tổng điện năng sản xuất hàng năm ở Pháp, Thuy Đỉên, Phần Lan… 30% ở Nhật, 12% ở Mĩ, 7% ở Liên Xô cũ…Tuy nhiên sự cố xảy ra ở nhà máy điện nguyên tử Trécnobưn (ucraina) đã buộc một số nước cân nhắc lại việc xây dựng các nhà máy điện nguyên tử.

    Nước ta có một lò phản ứng hạt nhân nhỏ ở Đà Lạt, dùng để nghiên cứu khoa học và sản xuất đồng vị phóng xạ (công suất 500 kW, có 89 thanh nhiên liệu là hợp kim chứa urani đã làm giàu tới 36% U235.

    Lò phản ứng hạt nhân cũng đã được đặt trên các tàu thuỷ, tàu ngầm; chỉ cần một lần nạp nhiên liệu là các tàu này có thể hoạt động liên tục vài năm. Người ta đang nghiên cứu giảm khối lượng của lò để có thể đặt trên máy bay.


    Nhắn tin cho tác giả
    Vũ Ngọc Dũng @ 02:13 19/05/2009
    Số lượt xem: 1746
    Số lượt thích: 0 người
     
    Gửi ý kiến

    GUEST BOOK

    Mọi người vào thăm BLOG LÝ - TIN thì xin để lại lời nhắn và địa chỉ blog của các bạn để chúng tôi ghé thăm nhé. Các bạn bấm vào chữ "sign this guestbook" và đưa hình từ máy các bạn vào cùng lời nhắn. Cám ơn nhiều!