Bài 39: 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.

• 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.

\(_{1}^{2}\textrm{H}\) +  →  + 

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

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

Qua bài giảng Phản ứng nhiệt hạch này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như : 

• Nêu được phản ứng nhiệt hạch là gì và giải thích được (một cách định tính) phản ứng nhiệt hạch là phản ứng toả năng lượng.

• Nêu được các điều kiện để tạo ra phản ứng nhiệt hạch.

• Nêu được những ưu việt của năng lượng nhiệt hạch.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 39 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Xét phản ứng. \(_1^2{\rm{H}} + _1^2{\rm{H}} \to _2^3{\rm{H}}e + _0^1{\rm{n}}\)

  Xác định năng lượng tỏa ra bởi phản ứng đó (tính ra MeV và ra J)

  • A. 3,167 MeV và 3,167.1,6.\(10^{-13}\) J
  • B. 4,167 MeV và 3,167.1,6.\(10^{-13}\) J
  • C. 3,167 MeV và 3,167.1,6.\(10^{-14}\) J
  • D. 3,167 MeV và 3,167.1,6.\(10^{-15}\) J

• Câu 2:

  Cho phản ứng hạt nhân: \(_{1}^{2}D + \ _{1}^{3}T \rightarrow \ _{2}^{4}He+X+17,6MeV\)

  Tính năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 2g Hêli. 

   

  • A. \(52,976.10^{24}MeV\)
  • B. \(52,976.10^{23}MeV\)
  • C. \(52,976.10^{25}MeV\)
  • D. \(529,76.10^{23}MeV\)

• Câu 3:

  Cho phản ứng: \(_{1}^{2}H + \ _{1}^{3}H \rightarrow \ _{2}^{4}He+_{0}^{1}\textrm{n}\)+ 17,6 MeV.

  Tính năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được  1 gam khí heli.

   

  • A. \(4,24.10^{15}J\)
  • B. \(4,24.10^{13}J\)
  • C. \(4,24.10^{12}J\)
  • D. \(4,24.10^{11}J\)

Câu 4- Câu 9: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 12 Bài 39 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 39.2 trang 116 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.3 trang 117 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.4 trang 117 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.5 trang 117 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.6 trang 117 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.7 trang 117 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.8 trang 118 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.9 trang 118 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.10 trang 118 SBT Vật lý 12

Bài tập 39.11 trang 118 SBT Vật lý 12

Bài tập 1 trang 289 SGK Vật lý 12 nâng cao

Bài tập 2 trang 289 SGK Vật lý 12 nâng cao

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!