Bài 38: Phản ứng phân hạch

Quá trình phóng xạ α không phải là sự phân hạch vì hai mảnh vỡ có khối lượng khác nhau nhiều

Ta dùng nơtron bắn vào hạt nhân X để hạt nhân X chuyển sang một trạng thái kích thích X*. Ta không dung proton thay cho nơtron vì proton mang điện tích dương sẽ chịu tác dụng của lực đẩy do các hạt nhân tác dụng.

So sánh quá trình phân rã và quá trình phân hạch:

   + Giống nhau: quá trình phân rã α và quá trình phân hạch đều tỏa năng lượng

   + Khác nhau:

- Quá trình phóng xạ α là quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân không bền vững còn quá trình phân hạch tự phát xảy ra với xác suất rất nhỏ, đa số là các phản ứng phân hạch kích thích.

- Các phản ứng phân hạch khác với phóng xạ các hạt tạo ra từ phản ứng phân hạch có cùng một cỡ khối lượng

- Phân rã α phóng ra hạt α, còn trong quá trình phân hạch hạt phóng ra là nơtron

- Năng lượng tạo ra từ phản ứng phân hạch rất lớn so với năng lượng phóng xạ.

- Phản ứng phân hoạch có thể tạo ra phản ứng dây chuyền còn sự phóng xạ α không thể tạo ra phản ứng dây chuyền

Vì trong quá trình phân hạch, hạt nhân bị phân hạch sẽ vở ra và tạo thành hai hạt nhân có số khối trung bình đồng thời tỏa năng lượng, nên năng lượng liên kết riêng Wlk/A sau (có số khối vào cỡ 100) sẽ lớn hơn năng lượng liên kết riêng Wlk/A trước. Do vậy muốn xảy ra loại phản ứng này thì hạt nhân tham gia phản ứng phải có số nuclon lớn hơn hoặc bằng 200.

Chọn đáp án B.

Phần lớn năng lượng giải phóng trong phân hạch là động năng của các mảnh.

Ví dụ: Mỗi phân hạch Urani giải phóng năng lượng 200MeV, lượng năng lượng này được phân bố như sau:

Động năng của các mảnh: 168MeV

Tia γ: 11 MeV

Các nơtron + β + Nitrino: 21MeV

∗ Xét phản ứng: 

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 0 + 92 = 39 + Z → Z = 53

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon: 1 + 235 = 94 + 140 + 1X → X = 2

∗ Xét phản ứng: 

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 0 + 92 = Z + 52 → Z = 40

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon: 1 + 235 = 95 + 138 + x ⇒ x = 3

Phản ứng phân hạch: 

Ta có khối lượng của các hạt nhân trên là:

mn = 1,00866u; mU = 234,99332u; mI = 138,89700u; mγ = 93,89014u

Tổng khối lượng các hạt trước tương tác là: M0 = mn + mU

Tổng khối lượng các hạt nhân sau tương tác là: M = mI + mY + 3mn

Năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân 235U là:

W = (M0 – M)c2 = [mn + mU – (mI + mY + 3mn)].c2

= (234,99332u + 1,00866u - 138,89700u - 93,89014u – 3. 1,00866u).c2

= 0,18886u.c2 = 0,18886. 931,5 = 175,923 MeV

Số nguyên tử 235U có trong 1 kg 235U là:

Vì năng lượng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân là 200MeV nên năng lượng tỏa ra khi phân hạch N nguyên tử là:

W = N.200 = 2,5617.1024.200 = 5,1234.1026 MeV = 8,197.1013 (J)