Lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị để khởi động, kiểm soát, và duy trì một chuỗi phản ứng hạt nhân. Lò phản ứng hạt nhân thường được sử dụng để tạo ra điện và cung cấp năng lượng cho một số tàu ngầm, tàu sân bay…mà hiện nay quân đội Hoa Kì phát triển rất mạnh. Nhiên liệu trong các lò này thường là \(^{235}U\) hoặc \(^{239}Pu\). Sự phân hạch của một hạt nhân \(^{235}U\) có kèm theo giải phóng 2,5 nơtron (tính trung bình), đối với \(^{239}Pu\) con số đó là 3. Các nơtron này có thể kích thích các hạt nhân khác phân hạch để tạo nên một phản ứng dây truyền nếu không được điều khiển. Các lò phản ứng hạt nhân được điều khiển để đảm bảo năng lượng tỏa ra từ lò phản ứng là không đổi theo thời gian, trong trường hợp này người ta thường dùng những thanh điều khiển ngập sâu vào trong lò để hấp thụ số nơtron thừa.
Lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị để khởi động, kiểm soát, và duy trì một chuỗi phản ứng hạt nhân. Lò phản ứng hạt nhân thường được sử dụng để tạo ra điện và cung cấp năng lượng cho một số tàu ngầm, tàu sân bay…mà hiện nay quân đội Hoa Kì phát triển rất mạnh. Nhiên liệu trong các lò này thường là \(^{235}U\) hoặc \(^{239}Pu\). Sự phân hạch của một hạt nhân \(^{235}U\) có kèm theo giải phóng 2,5 nơtron (tính trung bình), đối với \(^{239}Pu\) con số đó là 3. Các nơtron này có thể kích thích các hạt nhân khác phân hạch để tạo nên một phản ứng dây truyền nếu không được điều khiển. Các lò phản ứng hạt nhân được điều khiển để đảm bảo năng lượng tỏa ra từ lò phản ứng là không đổi theo thời gian, trong trường hợp này người ta thường dùng những thanh điều khiển ngập sâu vào trong lò để hấp thụ số nơtron thừa.
Thanh điều khiển có chứa:
Thanh điều khiển có chứa:
Bạch kim.
Vàng hoặc những kim loại có nguyên tử lượng lớn.
Bo hoặc Cađimi.
Nước.
Đáp án: C
- Phân hạch là sự phá vỡ của một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân trung bình (kèm theo một vài notron phát ra).
- Phản ứng phân hạch dây chuyền:
+ Giả sử sau một lần phân hạch có k notron được giải phóng đến kích thích các hạt nhân khác tạo nên những phân hạch mới. Sau n lần phân hạch liên tiếp, số notron 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 và có thể gây nên bùng nổ.
- 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 có chứa bo hay cađimi vì bo hay cadimi có tác dụng hấp thụ notron.
Thanh điều khiển có chứa Bo hay Cađimi
Thanh điều khiển ngập sâu vào trong lò để hấp thụ số nơtron thừa và đảm bảo số nơtron giải phóng sau mỗi phân hạch là:
Thanh điều khiển ngập sâu vào trong lò để hấp thụ số nơtron thừa và đảm bảo số nơtron giải phóng sau mỗi phân hạch là:
1 notron.
nhiều hơn 1 notron.
0 notron
tuỳ thuộc kích thước các thanh điều khiển.
Đáp án: A
- Phản ứng phân hạch dây chuyền:
+ Giả sử sau một lần phân hạch có k notron được giải phóng đến kích thích các hạt nhân khác tạo nên những phân hạch mới. Sau n lần phân hạch liên tiếp, số notron 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 và có thể gây nên bùng nổ.
- 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.
Thanh điều khiển ngập sâu vào trong lò để hấp thụ số nơtron thừa và đảm bảo số nơtron giải phóng sau mỗi phân hạch là 1 notron.
Trong phản ứng phân hạch urani U235 năng lượng trung bình tỏa ra khi một hạt nhân bị phân hạch là 200MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu urani, có công suất 500 000KW, hiệu suất là 20%. Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani là bao nhiêu? (1 năm có 365 ngày)
Trong phản ứng phân hạch urani U235 năng lượng trung bình tỏa ra khi một hạt nhân bị phân hạch là 200MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu urani, có công suất 500 000KW, hiệu suất là 20%. Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani là bao nhiêu? (1 năm có 365 ngày)
961kg.
1121 kg.
1352,5 kg.
1421 kg.
Đáp án: A
+ Hiệu suất: \(H=\frac{{{E}_{ci}}}{{{E}_{tp}}}.100%=\frac{P.t}{A}.100%\Rightarrow E=\frac{P.t}{H}.100%\)
+ Từ năng lượng toả ra khi 1 hạt U235 bị phân hạch và năng lượng nhà máy tiêu thụ trong một năm tính được số phân hạch U235.
+ Sử dụng công thức liên hệ giữa khối lượng và số hạt: \(N=\frac{m}{A}.{{N}_{A}}\Rightarrow m=\frac{N.A}{{{N}_{A}}}\)
Năng lượng nhà máy tiêu thụ trong một năm là:
\(\begin{gathered}
E = \frac{{P.t}}{H}.100\% = \frac{{{{5.10}^8}.365.86400}}{{20}}.100 \hfill \\
\Rightarrow E = 7,{884.10^{16}}J = 4,{9275.10^{29}}MeV \hfill \\
\end{gathered} \)
1 U235bị phân hạch toả ra năng lượng 200MeV
Để toả ra năng lượng \(4,{{9275.10}^{29}}MeV\) cần số phân hạch là:
\({{N}_{U235}}=\frac{4,{{9275.10}^{29}}}{200}=2,{{46375.10}^{27}}\)
Lại có:
\(\begin{gathered}
{N_{U235}} = \frac{{{m_{U235}}}}{{{A_{U235}}}}.{N_A} \hfill \\
\Rightarrow {m_{U235}} = \frac{{{N_{U235}}.{A_{U235}}}}{{{N_A}}} = \frac{{2,{{46375.10}^{27}}.235}}{{6,{{022.10}^{23}}}} = 961443g \approx 961kg \hfill \\
\end{gathered} \)
