Chuyên đề bài tập vật lý hạt nhân là tài liệu quan trọng chương vật lý hạt nhân thuộc chương trình vật lý lớp 12. Các em cần học tốt chuyên đề này bởi kiến thức vật lý hạt nhân sẽ xuất hiện nhiều trong đề thi tốt nghiệp THPT, cao đẳng và đại học. Trong phạm vi bài viết Chuyên đề bài tập vật lý hạt nhân sẽ giới thiệu chi tiết cơ sở lý thuyết, bài tập minh họa, bài tập vận dụng và bài tập vật lý hạt nhân nâng cao.
a) Sự phân hạch :
- là sự vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron , sau khi hấp thụ một nơtron chậm.
- đặc điểm : mỗi phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn.
b) Phản ứng phân hạch dây chuyền :
- Sau khi phân hạch một hạt nhân nặng (như U, Pu… ) thành các hạt nhân nhẹ hơn và kèm theo k hạt
nơtron tiếp tục gây ra sự phân hạch cho các hạt nhân khác và số phân hạch tăng lên nhanh chóng : chính
là phản ứng phân hạch dây chuyền.
- Điều kiện để xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền : gọi k là hệ số nhân nơtron ( là số nơtron trung
bình còn lại sau mỗi phân hạch ).
+ nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền không xảy ra.
+ nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi : đây là phản ứng dây chuyền
điều khiển được dùng trong nhà máy hạt nhân .
+ nếu k > 1 thì xảy ra phản ứng dây chuyền không điều khiển được , dẫn đến một vụ nổ bom nguyên tử.
Để giảm thiểu số nơtron bị mất mát ra bên ngoài để k ≥ 1 thì khối lượng nhiêu liệu hạt nhân phải có một
giá trị tối thiểu được gọi là khối lượng tới hạn của hạt nhân đó ( m th ).
c) Ứng dụng :
- Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị tạo ra phản ứng phân hạch dây chuyền điều khiển được .
+ nguyên liệu hạt nhân : U235 hay Pu239
+ thanh điều khiển có chứa Bo, Cd để hấp thụ nơtron thừa.
- Nhà máy điện nguyên tử : chứa lò phản ứng hạt nhân và thiết bị tua bin tao ra điện năng nhờ năng
lượng toả ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân .
2. Phản ứng nhiệt hạch :
a) phản ứng nhiệt hạch :
- là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn ở nhiệt độ rất cao và toả ra một năng
lượng cực lớn.
Các phản ứng hạt nhân phải có nhiệt độ cỡ 10 9 0 K .
b) Thực hiện phản ứng nhiệt hạch :
- các phản ứng nhiệt hạch trong tự nhiên chỉ xảy ở trong lòng Mặt Trời và các ngôi sao vì ở đó mới có đủ
các điều kiện để phản ứng xảy ra như : khí hiđro , heli là chủ yếu ( cấu tạo nên các mặt trời) và nhiệt độ đủ
lớn , áp suất cao.
a) Sự phân hạch :
- là sự vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron , sau khi hấp thụ một nơtron chậm.
- đặc điểm : mỗi phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn.
b) Phản ứng phân hạch dây chuyền :
- Sau khi phân hạch một hạt nhân nặng (như U, Pu… ) thành các hạt nhân nhẹ hơn và kèm theo k hạt
nơtron tiếp tục gây ra sự phân hạch cho các hạt nhân khác và số phân hạch tăng lên nhanh chóng : chính
là phản ứng phân hạch dây chuyền.
- Điều kiện để xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền : gọi k là hệ số nhân nơtron ( là số nơtron trung
bình còn lại sau mỗi phân hạch ).
+ nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền không xảy ra.
+ nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi : đây là phản ứng dây chuyền
điều khiển được dùng trong nhà máy hạt nhân .
+ nếu k > 1 thì xảy ra phản ứng dây chuyền không điều khiển được , dẫn đến một vụ nổ bom nguyên tử.
Để giảm thiểu số nơtron bị mất mát ra bên ngoài để k ≥ 1 thì khối lượng nhiêu liệu hạt nhân phải có một
giá trị tối thiểu được gọi là khối lượng tới hạn của hạt nhân đó ( m th ).
c) Ứng dụng :
- Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị tạo ra phản ứng phân hạch dây chuyền điều khiển được .
+ nguyên liệu hạt nhân : U235 hay Pu239
+ thanh điều khiển có chứa Bo, Cd để hấp thụ nơtron thừa.
- Nhà máy điện nguyên tử : chứa lò phản ứng hạt nhân và thiết bị tua bin tao ra điện năng nhờ năng
lượng toả ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân .
2. Phản ứng nhiệt hạch :
a) phản ứng nhiệt hạch :
- là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn ở nhiệt độ rất cao và toả ra một năng
lượng cực lớn.
Các phản ứng hạt nhân phải có nhiệt độ cỡ 10 9 0 K .
b) Thực hiện phản ứng nhiệt hạch :
- các phản ứng nhiệt hạch trong tự nhiên chỉ xảy ở trong lòng Mặt Trời và các ngôi sao vì ở đó mới có đủ
các điều kiện để phản ứng xảy ra như : khí hiđro , heli là chủ yếu ( cấu tạo nên các mặt trời) và nhiệt độ đủ
lớn , áp suất cao.