Giáo án vật lý 12 - Phản ứng phân hạch

PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH I.MỤC TIÊU: 1. Hiểu được sự phân hạch. 2. Hiểu phản ứng hạt nhân dây chuyền và điều kiện xảy ra phản ứng hạt nhân dây chuyền. 3. Hiểu một cách sơ lược về nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của lị phản ứng hạt nhân và nhà máy điện nguyên tử. II.CHUẨN BỊ: GV: Sưu tầm hoặc tự vẽ trên giấy khổ lớn hình 56.2, 56.3, 56.4 SGK. HS: ôn lại kiến thức về phản ứng hạt nhân đ học ở Bài 54. III.TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: Tiết 1 1) Kiểm tra Bài cũ: Giải Bài tập. Yêu cầu HS giải v trả lời tại lớp Câu hỏi C5 ở Bài 54 (SGK). Hoạt động 1: (10’) Hướng dẫn HS giải C5 ở Bài 54 (SGK) Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV nu Câu hỏi C5: Tính năng lượng tỏa ra khi 1kg urani 235U HS tự giác, độc lập làm bài vào vở nháp (hoặc vào vở bài tập) để đưa ra phương án trả lời. bị PHÂN hạch theo phản ứng (54.7) SGK - Hy viết phương trình phản ứng (54.7) SGK. - Mỗi hạt NHÂN 235U bị phân hạch tỏa năng lượng 185 MeV, vậy tổng số hạt nhân trong 1 kg urani năng lượng tỏa ra là bao nhiêu? Phương án trả lời đúng là: + 1 235 94 140 10 92 38 54 02n U Sr Xe n    + Số hạt NHÂN chứa trong 1 kg urani: . Am NN A  , với m = 1 kg, A = 235 Tổng năng lượng tỏa ra là: W = 185.N (MeV) = 7,58.1014(J) 2) Giảng Bài mới: Hoạt động 2. SỰ PHÂN HẠCH Hiểu được sự phân hạch của urani (điều kiện, phương trình v mơ hình phản ứng PHÂN hạch); nắm được đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch. a) Sự PHÂN hạch của urani GV mô tả thí nghiệm của Han và Xtơ-rax-man (2 nhà hóa học người Đức) như SGK và viết phương trình phản ứng PHÂN hạch của thí nghiệm (56.3) SGK: 1 2 1 2 A A1 235 1 0 92 1 2 0Z Zn U X X k n    Và tỏa năng lượng khoảng 200 MeV H. Hy cho Bàiết sản phẩm sau phản ứng HS ch ý nghe GV mơ tả thí nghiệm của Han v Xtơ-rax-man, trên cơ sở đó nắm được sự phân hạch hạt nhân để trả lời câu hỏi của GV đưa ra. - Sản phẩm sau phản ứng: X1 v X2 là các hạt nhân có số khối tương ứng A1 v A2 thuộc loại trung bình; k l số hạt nguồn trung bình được sinh ra. PHÂN hạch l gì? GV giới thiệu mơ hình phản ứng PHÂN hạch của 235U, Hình 56.1(SGK) v viết tường minh phương trình phản ứng: 1 235 236 95 138 1 0 92 92 39 53 03n U U Y I n     căn cứ vào mô hình v phương trình phản ứng PHÂN hạch của 235U, ta cĩ nhận xt gì? b) Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch. GV trình by như SGK vả lưu ý với HS: năng lượng được giải phóng trong các phản ứng phân hạch gọi là năng lượng hạt nhân. 236U ở trạng thái không bền, tiếp tục được kích thích và xảy ra phản ứng phân hạch tạo thành hai hạt nhân mới 95 13839 53,Y I và sinh ra 3 nơtron; hạt nhân 9539Y PHÂN r  v hạt NHÂN iơt 138I PHÂN r -. Tiết 2. Hoạt động 3. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN DY CHUYỀN GV trình by giống SGK v đưa ra khái niệm về phản ứng: hạt nhân dây chuyền; trình by r điều kiện để có phản ứng hạt nhân dây chuyền và giới thiệu tranh vẽ minh họa hình 56.3 (SGK) a) Phản ứng hạt NHÂN dy chuyền: GV trình by như SGK b) Điều kiện xảy ra phản ứng hạt nhân dây HS thảo luận theo nhóm, thống nhất phương án trả lời những vấn đề do GV đưa ra. chuyền. GV nêu lên những lí do có nhiều nơtron sinh ra sau phản ứng hạt nhân bị mất như SGK H. Vậy, muốn cĩ phản ứng dy chuyền ta phải xét đến yếu tố nào? k gọi là hệ số nhân nơtron - GV nêu 3 trường hợp xảy ra đối với hệ số k như SGK. - Nếu k < 1: phản ứng dây chuyền không thể xảy ra, hoặc xảy ra nhưng tắt nhanh. Vì sao? - Nếu k = 1 thì phản ứng dy chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi. Đó là phản ứng dây chuyền có điều khiển. - Nếu k > 1, đó là phản ứng dây chuyền không điều khiển được, vì sao? GV treo tranh vẽ Hình 56.2 (SGK). Sơ đồ phản ứng dây chuyền với 235U (khi k = 1) minh họa giải thích cho HS. H. Vậy, điều kiện xảy ra phản ứng hạt NHÂN dy chuyền l gì? - Muốn cĩ phản ứng dây chuyền xảy ra ta phải xét tới số nơtron trung bình k cịn lại sau mỗi phản ứng PHÂN hạch; số nơtron bị mất phải ít hơn số nơtron được sinh ra (gọi là nơtron thứ cấp) sau mỗi phản ứng phân hạch. - Cc hạt NHÂN nặng cĩ thể PHÂN hạch do hấp thụ nguồn hoặc tự phát phân hạch; nhưng tự phát phân hạch tỉ lệ rất thấp. Vì vậy, hầu hết cc hạt NHÂN nặng khi k < 1 thì phản ứng dy chuyền khơng thể xảy ra hoặc phản ứng xảy ra nhưng tắt nhanh. - Vì khi đó dịng nơtron sau mỗi phản ứng phân hạch tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới bng nổ NGUYÊN tử. - Hệ số NHÂN nguồn k > 1 thì phản ứng hạt NHÂN dy chuyền sẽ xảy ra. Muốn vậy, thì khối lượng nhiên liệu của hạt nhân phải có một giá trị tối thiểu xác định. GV: Khối lượng tối thiểu đó gọi là khối lượng tới hạn mth; VD. 235U thì mth = 15 kg, plutoni mth = 5 kg. Hoạt động 4. Lị phản ứng hạt NHÂN. GV giới thiệu sơ lược cấu tạo và hoạt động của lị phản ứng hạt NHÂN. GV: Lị phản ứng hạt NHÂN l thiết bị trong đ phản ứng dy chuyền tự duy trì, cĩ điều khiển (với k = 1); nhiên liệu phân hạch chủ yếu là235u hay 288pu giới thiệu tranh vẽ Hình 56.3 Sơ đồ lị phản ứng nơtron nhiệt (SGK) - Khi số nơtron trong lị tăng lên quá nhiều (k > 1), nêu giải pháp khắc phục? GV: Với k = 1, năng lượng tỏa ra từ lị phản ứng không đổi theo thời gian. HS nghe GV giới thiệu sơ lược cấu tạo và hoạt động của lị Phản ứng hạt NHÂN; suy nghĩ để trả lời Câu hỏi của GV. - Khắc phục bằng cách: cho các thanh điều khiển ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu phân hạch để hấp thụ nơtron thừa, đảm bảo duy trì k = 1. Hoạt động 5. Nhà máy điện hạt nhân GV giới thiệu bộ phận chính của nhà máy điện hạt NHÂN l lị phản ứng hạt NHÂN v NGUYÊN tắc hoạt động của nó; Mô tả bức tranh Hình 56.4 Sơ đồ đơn giản hóa của một nhà máy điện hạt nhân (SGK) GV giới thiệu bộ phận chính của nhà máy HS ch ý tiếp nhận thơng tin từ GV, hiểu được điện hạt nhân, nguyên tắc hoạt động (như SGK); treo bức tranh Hình 56.4 Sơ đồ hóa của một nhà máy điện hạt nhân (SGK) và mô tả cho HS nghe (sơ 1ược) GV phân tích cho HS thấy sự phân bố năng lượng được giải phóng sau mỗi phản ứng phân hạch hạt nhân urani. Năng lượng được giải phóng 200MeV. Hình 56.4 Sơ đồ đơn giản hóa của một nhà máy đơn giản điện hạt nhân (SGK). HS phải nắm vững sự phân bố năng lượng được giải phóng sau mỗi phản ứng phân hạch hạt nhân urani. Bao gồm: Động năng của các mảnh: 168 MeV, tia : 11MeV, các nơtron: 5MeV, cc hạt : 5MeV và Nơtrinô do phân r : 11MeV. * Củng cố - Hướng dẫn về nhà. GV: - Năng lượng mà chúng ta đang nghiên cứu là do sự Bàiến đổi các hạt nhân nên đúng ra phải gọi là năng lượng hạt nhân, nhưng trong lịch sử nó được gọi là năng lượng nguyên tử, nên hiện nay thuật ngữ vẫn giữ các tên ấy (bom nguyên tử, nhà máy điện nguyên tử...) - Hướng dẫn giải bài tập 4 ở Câuối bài học (SGK) - Dặn HS về nh nghin cứu trả lời cc Câu hỏi v giải cc Bài tập Câuối Bài trong SGK. IV. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: