Phản ứng phân hạch

1. Cơ chế của phản ứng phân hạch

1.1 Phản ứng phân hạch là gì?

- Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn

- Phản ứng phân hạch tự phát cũng có thể xảy ra nhưng với xác suất nhỏ. Vì vậy, ở đây ta chỉ quan tâm tới phản ứng phân hạch kích thích

1.2 Phản ứng phân hạch kích thích

- Để tạo nên phản ứng phân hạch của hạt nhân X phải truyền cho X một năng lượng đủ lớn- giá trị tối thiểu của năng lượng này được gọi là năng lượng kích thích

- Phương pháp dễ nhất để truyền năng lượng kích hoạt cho hạt nhân X là cho một nơtron bắn vào X để X bắt nơtron đó. Khi bắt nơtron, hạt nhân X chuyển sang một trạng thái kích thích X*. Trạng thái này không bền vững và kết quả xảy ra phân hạch

\(n+X\rightarrow X^*\rightarrow Y+Z +kn \)  với\( (k=1,2,3)\)

Quá trình phân hạch của X không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X*

2. Năng lượng phân hạch

- Ta xét các phản ứng phân hạch \(_{92}^{235}U\) sau đây:

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

2.1 Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng

- Phản ứng phân hạch của \(_{92}^{235}U\) dưới tác dụng của một nơtron tỏa ra năng lượng vào cỡ 200 MeV.

2.2 Phản ứng pha hạch dây chuyền

- Các nơtron tạo ra sau phản ứng phân hạch có thể kích thích các hạt nhân khác của chất phân hạch tạo nên những phản ứng phân hạch mới. Kết quả là những phản ứng phân hạch xảy ra liên tiếp tạo thành một phản ứng dây chuyền.

-Giả sử sau một lần phân hạch, k nơtron được giải phóng đến kích thích hạt nhân \(_{92}^{235}U\) khác tạo nên những phân hạch mới. Sau n lần phân hạch liên tiếp, số nơtron giải phóng là \(k^n\) và kích thích \(k^n\) phân hạch mới

+ Khi k<1 phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh

+ Khi k=1 phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và công suất phát ra không đổi theo thời gian

+ Khi k>1 phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, công suất phát ra tăng nhanh có thể gây nên bùng nổ

- Muốn \(k\geq1\), khối lượng của chất phân hạch phải đủ lớn để số nơtron bị bắt nhỏ hơn nhiều so với số nơtron được giải phóng

2.3 Phản ứng phân hạch có điều khiển

- Phản ứng phân hạch này được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân, tương ứng với trường hợp k=1

- Để đảm bảo cho k=1, người ta dùng những thanh điều khiển chứa bo hay cađimi. Vì bo haycađimi hấp thụ nơtron nên khi số nơtron tăng quá nhiều người ta cho thanh điều khiển ngập sâu trong lò để hấp thụ số nơtron thừa