Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch
Video bài giảng
1. Cơ chế của phản ứng nhiệt hạch
a. Phản ứng nhiệt hạch là gì?
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.
\(_{1}^{2}H + \ _{1}^{3}H \rightarrow \ _{2}^{4}He + \ _{0}^{1}n\)
Năng lượng tỏa ra trong mỗi phản ứng này vào khoảng 17,6 MeV.
b. Điều kiện thực hiện
-
Phải biến đổi hỗn hợp nhiên liệu chuyển sang trạng thái plasma tạo bởi các hạt nhân và các electron tự do.
-
Phải đưa nhiệt độ của trạng thái plasma lên rất cao (nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ).
-
Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn.
-
Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn.
2. Năng lượng nhiệt hạch
Năng lượng toả ra bởi các phản ứng nhiệt hạch được gọi là năng lượng nhiệt hạch.
Người ta chủ yếu quan tâm đến các phản ứng trong đó các hạt nhân hiđrô tổng hợp thành hạt nhân hêli.
\(_{1}^{1}H + \ _{1}^{3}H \rightarrow \ _{2}^{4}He\)
\(_{1}^{2}H + \ _{1}^{2}H \rightarrow \ _{2}^{4}He\)
\(_{1}^{2}H + \ _{1}^{3}H \rightarrow \ _{2}^{4}He+_{0}^{1}\textrm{n}\)
Năng lượng nhiệt hạch là nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời và hầu hết các sao.
Những ưu việt của năng lượng nhiệt hạch:
-
Năng lượng toả ra trong phản ứng nhiệt hạch rất lớn.
-
Nguồn nhiên liệu nhiệt hạch có trong thiên nhiên dồi dào gần như là vô tận.
-
Chất thải từ phản ứng nhiệt hạch không làm ô nhiễm môi trường.
Bài 1:
Xét phản ứng.
\(_1^2{\rm{H}} + _1^2{\rm{H}} \to _2^3{\rm{He + }}_0^1{\rm{n}}\)
a) Xác định năng lượng tỏa ra bởi phản ứng đó (tính ra MeV và ra J)
b) Tính khối lượng đơteri cần thiết để có thể thu được năng lượng nhiệt hạch tương đương với năng lượng tỏa ra khi đốt 1kg than.
Cho biết: \(100_1^2{\rm{H}} = 2,0135u\)
\(_{2}^{3}\textrm{He} = 3,0149 u\)
\(_{0}^{1}\textrm{n}= 1,0087 u\)
Năng lượng tỏa ra khi đốt 1 kg than là 30 000kJ
Hướng dẫn giải:
a. Wtỏa = 0,0034.931,5 = 3,167 MeV = 3,167.1,6.\(10^{-13}\) J
b. Đốt 1kg than cho 3.\(10^{7}\) J, tương đương với năng lượng tỏa ra bởi :
≈ \(6.10^{19}\) phản ứng
Mỗi phản ứng cần:
2.2,0135 u = 4,027.1,66055.\(10^{-27}\) kg
Vậy khối lượng đơteri cần là:
\(6\).\(6.10^{19}\).4,027.1,66055.\(10^{-27}\) kg ≈ 40.\(10^{-8}\) kg.
Bài 2:
Phản ứng nhiệt hạch là
A. sự kết hợp hai hạt nhân có số khối trung bình tạo thành hạt nhân nặng hơn.
B. phản ứng hạt nhân thu năng lượng .
C. phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn.
D. phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
Hướng dẫn:
Chọn đáp án D
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
Bài 3:
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân
A. Tỏa một nhiệt lượng lớn.
B. Cần một nhiệt độ rất cao mới thực hiện được
C. Hấp thụ một nhiệt lượng lớn.
D. Trong đó, hạt nhân của các nguyên tử nung chảy thành các nuclon.
Hướng dẫn:
Chọn đáp án B
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân cần một nhiệt độ rất cao mới thực hiện được
1. Cơ chế của phản ứng nhiệt hạch
a. Phản ứng nhiệt hạch là gì?
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.
\(_{1}^{2}H + \ _{1}^{3}H \rightarrow \ _{2}^{4}He + \ _{0}^{1}n\)
Năng lượng tỏa ra trong mỗi phản ứng này vào khoảng 17,6 MeV.
b. Điều kiện thực hiện
-
Phải biến đổi hỗn hợp nhiên liệu chuyển sang trạng thái plasma tạo bởi các hạt nhân và các electron tự do.
-
Phải đưa nhiệt độ của trạng thái plasma lên rất cao (nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ).
-
Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn.
-
Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn.
2. Năng lượng nhiệt hạch
Năng lượng toả ra bởi các phản ứng nhiệt hạch được gọi là năng lượng nhiệt hạch.
Người ta chủ yếu quan tâm đến các phản ứng trong đó các hạt nhân hiđrô tổng hợp thành hạt nhân hêli.
\(_{1}^{1}H + \ _{1}^{3}H \rightarrow \ _{2}^{4}He\)
\(_{1}^{2}H + \ _{1}^{2}H \rightarrow \ _{2}^{4}He\)
\(_{1}^{2}H + \ _{1}^{3}H \rightarrow \ _{2}^{4}He+_{0}^{1}\textrm{n}\)
Năng lượng nhiệt hạch là nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời và hầu hết các sao.
Những ưu việt của năng lượng nhiệt hạch:
-
Năng lượng toả ra trong phản ứng nhiệt hạch rất lớn.
-
Nguồn nhiên liệu nhiệt hạch có trong thiên nhiên dồi dào gần như là vô tận.
-
Chất thải từ phản ứng nhiệt hạch không làm ô nhiễm môi trường.
Bài 1:
Xét phản ứng.
\(_1^2{\rm{H}} + _1^2{\rm{H}} \to _2^3{\rm{He + }}_0^1{\rm{n}}\)
a) Xác định năng lượng tỏa ra bởi phản ứng đó (tính ra MeV và ra J)
b) Tính khối lượng đơteri cần thiết để có thể thu được năng lượng nhiệt hạch tương đương với năng lượng tỏa ra khi đốt 1kg than.
Cho biết: \(100_1^2{\rm{H}} = 2,0135u\)
\(_{2}^{3}\textrm{He} = 3,0149 u\)
\(_{0}^{1}\textrm{n}= 1,0087 u\)
Năng lượng tỏa ra khi đốt 1 kg than là 30 000kJ
Hướng dẫn giải:
a. Wtỏa = 0,0034.931,5 = 3,167 MeV = 3,167.1,6.\(10^{-13}\) J
b. Đốt 1kg than cho 3.\(10^{7}\) J, tương đương với năng lượng tỏa ra bởi :
≈ \(6.10^{19}\) phản ứng
Mỗi phản ứng cần:
2.2,0135 u = 4,027.1,66055.\(10^{-27}\) kg
Vậy khối lượng đơteri cần là:
\(6\).\(6.10^{19}\).4,027.1,66055.\(10^{-27}\) kg ≈ 40.\(10^{-8}\) kg.
Bài 2:
Phản ứng nhiệt hạch là
A. sự kết hợp hai hạt nhân có số khối trung bình tạo thành hạt nhân nặng hơn.
B. phản ứng hạt nhân thu năng lượng .
C. phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn.
D. phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
Hướng dẫn:
Chọn đáp án D
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
Bài 3:
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân
A. Tỏa một nhiệt lượng lớn.
B. Cần một nhiệt độ rất cao mới thực hiện được
C. Hấp thụ một nhiệt lượng lớn.
D. Trong đó, hạt nhân của các nguyên tử nung chảy thành các nuclon.
Hướng dẫn:
Chọn đáp án B
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân cần một nhiệt độ rất cao mới thực hiện được