Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch
Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch là hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng, có nhiều ứng dụng trong cuộc sống.
Bom nguyên tử
| Phản ứng | Phân hạch | Nhiệt hạch |
|---|---|---|
| Định nghĩa | Khi một hạt nhân loại rất nặng (U235, Pℓ239,…) hấp thụ một neutron thì nó vỡ thành những hạt nhân trung bình và giải phóng năng lượng | Sự kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành hạt nhân nặng hơn đồng thời tỏa năng lượng |
| Điều kiện | Neutron chậm (${W_{\text{d}}} < 0,1\,\operatorname{eV}$) dễ bị hấp thụ | Mồi bằng nhiệt độ (khoảng 50 – 100 triệu độ) để các hạt nhân nhẹ có động năng đủ lớn, thắng lực đẩy Coulomb, tiến tới gần nhau trong phạm vi tác dụng của lực hạt nhân. Từ đó kết hợp thành hạt nhân nặng hơn. |
| Phương trình | \[\begin{align}
&{}_{92}^{235}U + {}_0^1n \hfill \\
&\to {}_{92}^{236}U \hfill \\
&\to {}_Z^AX + {}_{Z'}^{A'}X + k{}_0^1n + 200\,\,{\text{MeV}} \hfill \\
\end{align}\]
+ X và X’ là các hạt nhân trung bình có số khối từ 80 đến 160: $Z + Z' = 92$ và $A + A' + k = 236$. + Phản ứng trên sinh ra $k = 2$ hoặc $k = 3$ ($\bar k = 2,5$) neutron và tỏa ra năng lượng khoảng 200 MeV dưới dạng động năng các hạt. |
\[\begin{align} &2{}_1^2H \to {}_2^3He + {}_0^1n + 3,25\,{\text{MeV,}} \hfill \\ &{}_1^2H + {}_1^3H \to {}_2^4He + {}_0^1n + 17,6\,{\text{MeV}}, \hfill \\ &4{}_1^1H \to {}_2^4He + 2{}_1^0e + 26,8\,{\text{MeV}}. \hfill \\ \end{align}\] |
| Đặc điểm | Gọi s là hệ số nhân neutron: - Nếu s < 1: hệ thống gọi là dưới hạn, phản ứng dây chuyền không xảy ra. - Nếu s = 1: hệ thống gọi là tới hạn, phản ứng dây chuyền tiếp diễn nhưng không tăng vọt thể hiện qua tốc độ thay đổi của năng lượng bằng hằng số tức là năng lượng sản ra sau mỗi phân hạch bằng nhau và do đó ta kiểm soát được phản ứng. - Nếu s > 1 thì hệ thống gọi là vượt hạn, ta không khống chế được phản ứng vì tốc độ sinh năng lượng tăng theo hàm mũ. |
Mỗi phản ứng kết hợp tỏa năng lượng nhỏ hơn phản ứng phân hạch nhưng nếu tính theo khối lượng nhiên liệu thì phản ứng kết hợp tỏa nhiều năng lượng hơn |
| Ứng dụng | Làm bom hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân trong các nhà máy phát điện, các động cơ… | Hiện nay, con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch (bom khinh khí) nhưng chưa khống chế được nó ở quy mô công nghiệp. |