Giáo án Vật lý 12 - Sự phân hạch

SỰ PHÂN HẠCH I / MỤC TIÊU : Hiểu sự phân hạch. Hiểu phản ứng dây chuyền và điều kiện xảy ra phản ứng hạt nhân dây chuyền (hiểu hệ số nhân nơtron, khối lượng tới hạn). Hiểu một cách sơ lược nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của lò phản ứng hạt nhân và nhà máy điện nguyên tử. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Cố gắng sưu tầm hoặc tự vẽ trên giấy khổ lớn Hình 75.2 SGK, Hình 75.3 SGK và Hình 75.4 SGK (lược bỏ các chi tiết không cần thiết). 2 / Học sinh : Ôn lại kiến thức về phản ứng hạt nhân (§72 – 73). III / GỢI Ý TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Khi các hạt nhân sinh ra bền vững hơn các hạt nhân tương tác ban GV : Phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng xảy ra khi nào ? đầu. HS : Năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân có số nuclôn A khác nhau. HS : Nêu định nghĩa. HS : Nêu định nghĩa. Hoạt động 2 : HS : Dùng nơtrơn chậm 10 n bắn phá vào hạt nhân 23592 U HS : Hai hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn và số khối thuộc loại trung bình. HS : Một số nơtrôn và tỏa ra năng lượng. HS : Có hơn 2 nơtrôn được giải phóng ra và đều giải phóng ra một GV : Người ta dựa vào đâu để đi đến kết luận có hai loại phản hạt nhân tỏa năng lượng ? GV : Phản ứng nhiệt hạch là gì ? GV : Phản ứng phân hạch là gì ? GV : Giới thiệu phản ứng hạt nhân của hai nhà hóa học người Đức : Otto Hann và Fritz Strassman. GV : Hạt nhân Urani vỡ thành mấy hạt nhân ? Chúng có đặc điểm gì ? GV : Kèm theo quá trình phân hạch này còn có cái gì ? GV : Đặc điểm chung của các phản ứng hạt nhân là gì ? GV : Giới thiệu sơ đồ phản ứng dây chuyền với 23592 U ( khi k = 2 ). năng lượng lớn. Hoạt động 3 : HS : Quan sát sơ đồ hình 75.2. HS : Hai nơtrôn HS : Hai hạt nhân. HS : Bốn nơtrôn HS : Bốn hạt nhân. HS : Nêu định nghĩa. HS : Ba nơtrôn. HS : Một nơtrôn. HS : Nêu định nghĩa HS : k < 1 HS : k = 1 HS : k > 1 GV : Sau lần phân hạch thứ nhất có mấy nơtrôn tạo ra bị các hạt nhân Urani hấp thụ GV : Có mấy hạt nhân tiếp tục phân hạch GV : Sau lần phân hạch thứ hai có mấy nơtrôn tạo ra bị các hạt nhân Urani hấp thụ GV : Có mấy hạt nhân tiếp tục phân hạch GV : Phản ứng hạt nhân dây chuyền là gì ? GV : Sau lần phân hạch thứ nhất có mấy nơtrôn được tạo ra ? GV : Số hạt nhân bị mất mát là bao nhiêu GV : Hệ số nhân nơtrôn k là gì ? GV : Khi nào phản ứng dây chuyền không xảy ra ? GV : Khi nào phản ứng dây chuyền HS : Nêu định nghĩa. Hoạt động 4 : HS : Quan sát hình 75.3 : sơ đồ lò phản ứng nơtrôn nhiệt. Hoạt động 5 : HS : Quan sát hình 75.3 : sơ đồ đơn giản hóa của một nhà máy điện hạt nhân. xảy ra với mật độ nơtrôn không đổi ? GV : Khi nào phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtrôn tăng liên tục ? GV : Khối lượng tới hạn là gì ? GV : Giới thiệu lò phản ứng hạt nhân ? GV : Giới thiệu nhà máy điện nguyên tử ? IV / NỘI DUNG : 1. Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng Phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng xảy ra khi các hạt sinh ra bền vững hơn các hạt tương tác ban đầu. Có hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng - Hai hạt nhân rất nhẹ kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Phản ứng tổng hợp hạt nhân. - Một hạt nhân rất nặng hấp thụ một nơtron và vỡ thành hai hạt nhân có số khối A vào loại trung bình. Sự phân hạch. 2. Sự phân hạch a) Sự phân hạch của urani. b) Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch Sau mỗi phản ứng đều có hơn 2 nơtron được phóng ra, và mỗi phân hạch đều giải phóng ra năng lượng lớn; người ta thường gọi đó là năng lượng hạt nhân. 3. Phản ứng hạt nhân dây chuyền. a) Các nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch lại có thể bị hấp thụ các hạt nhân khác ở gần đó, và, cứ thế, sự phân hạch tiếp diễn thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên rất nhanh trong một thời gian rất ngắn, ta có phản ứng hạt nhân dây chuyền. b) Điều kiện xảy ra phản ứng hạt nhân dây chuyền Hệ số nhân nơtron k bằng tỉ số giữa số nơtron sinh ra và số nơtron mất mát đi do các nguyên nhân khác nhau đã nêu. - Nếu k < 1 thì phản ứng dây chuyền không thể xảy ra. - Nếu k = 1 thì phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ nơtron không đổi. Đó là phản ứng dây chuyền điều khiển được trong các lò phản ứng hạt nhân. - Nếu k > 1 thì dòng nơtron tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ nguyên tử. Đó là phản ứng dây chuyền không điều khiển được. Để giảm thiểu số nơtron bị mất vì thoát ra ngoài nhằm đảm bảo có k ≥ 1, thì khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải đạt tới một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn mth. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1 Xem bài 44