Lò phản ứng hạt nhân là một hệ thống thiết bị được thiết kế để khởi động, kiểm

Lò phản ứng hạt nhân là một hệ thống thiết bị được thiết kế để khởi động, kiểm soát và duy trì ổn định một chuỗi phản ứng phân hạch hạt nhân. Ngày nay, lò phản ứng hạt nhân chủ yếu được ứng dụng trong các nhà máy điện nguyên tử để sản xuất điện năng, hoặc cung cấp năng lượng hoạt động cho các phương tiện cỡ lớn như tàu ngầm, tàu sân bay phá băng.

Nhiên liệu phân hạch sử dụng trong các lò này thường là đồng vị ${}^{235}\text{U}$ hoặc ${}^{239}\text{Pu}$. Trung bình, sự phân hạch của một hạt nhân ${}^{235}\text{U}$ sẽ kèm theo việc giải phóng khoảng 2,5 nơtron, trong khi con số này ở ${}^{239}\text{Pu}$ là 3 nơtron. Nếu không được điều khiển, các nơtron này có thể tiếp tục kích thích các hạt nhân khác phân hạch, tạo thành một phản ứng dây chuyền bùng nổ. Do đó, để đảm bảo năng lượng tỏa ra từ lò phản ứng là không đổi theo thời gian, người ta phải kiểm soát hệ số nhân nơtron. Kỹ thuật phổ biến nhất là sử dụng những thanh điều khiển cắm ngập sâu vào trong lò để hấp thụ số nơtron thừa.

Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5, 6 dưới đây:

Câu hỏi số 1:

Nhận biết

Trong cấu tạo của lò phản ứng hạt nhân, các thanh điều khiển thường được chế tạo từ vật liệu nào sau đây?

A. Bạch kim.

B. Vàng hoặc những kim loại có nguyên tử lượng lớn.

C. Bo hoặc Cadimi.

D. Nước.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:980094

Phương pháp giải

Sử dụng kiến thức lý thuyết về cấu tạo lò phản ứng hạt nhân.

Giải chi tiết

Thanh điều khiển có chức năng hấp thụ nơtron thừa để kiểm soát tốc độ phản ứng dây chuyền. Bo (B) và Cadimi (Cd) là những chất có tiết diện hấp thụ nơtron rất lớn nên thường được sử dụng để làm thanh điều khiển.

Đáp án cần chọn là: C

Câu hỏi số 2:

Nhận biết

Việc đưa các thanh điều khiển ngập sâu vào trong vùng hoạt động của lò phản ứng là để hấp thụ nơtron thừa. Để công suất lò không đổi, số nơtron trung bình giải phóng sau mỗi phân hạch tiếp tục gây ra được phản ứng phân hạch tiếp theo là:

A. 1 nơtron.

B. nhiều hơn 1 nơtron.

C. 0 nơtron.

D. tuỳ thuộc kích thước các thanh điều khiển.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:980095

Phương pháp giải

- Ý nghĩa của hệ số nhân nơtron (k) trong phản ứng dây chuyền.

Giải chi tiết

Để lò phản ứng hạt nhân hoạt động ổn định và tỏa năng lượng với công suất không đổi, hệ số nhân nơtron phải được duy trì chính xác bằng 1 (k = 1). Điều này có nghĩa là trung bình sau mỗi lần phân hạch, chỉ có đúng 1 nơtron tiếp tục gây ra được phản ứng phân hạch mới, số nơtron dư thừa còn lại đã bị các thanh điều khiển hấp thụ hoặc thất thoát ra ngoài.

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 3:

Vận dụng

Trong phản ứng phân hạch của hạt nhân ${}^{235}\text{U}$, năng lượng trung bình tỏa ra khi một hạt nhân bị phân hạch là 200 MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nhiên liệu ${}^{235}\text{U}$ nguyên chất có công suất phát điện là 400 MW, hiệu suất của nhà máy là 25%. Lượng nhiên liệu ${}^{235}\text{U}$ mà nhà máy tiêu thụ trong một năm (365 ngày) xấp xỉ bằng bao nhiêu? Lấy $N_{A} = 6,02.10^{23}\text{mol}^{- 1}$ và $1\text{MeV} = 1,6.10^{- 13}\text{J}$.

A. 615,6 kg.

B. 153,9 kg.

C. 720,5 kg.

D. 2462,4 kg.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:980096

Phương pháp giải

+ Tính công suất toàn phần (công suất nhiệt) của lò phản ứng: $P_{lò} = \dfrac{P_{dien}}{H}$

+ Tính tổng năng lượng lò tỏa ra trong 1 năm: $E = P_{lò} \cdot t$

+ Tính số hạt nhân tham gia phân hạch: $N = \dfrac{E}{\Delta E}$

+ Khối lượng nhiên liệu: $m = \dfrac{N}{N_{A}} \cdot A$

Giải chi tiết

Công suất nhiệt toàn phần của lò phản ứng là:

$P_{lò} = \dfrac{P_{dien}}{H} = \dfrac{400 \cdot 10^{6}}{0,25} = 1,6.10^{9}W$.

Tổng năng lượng lò tỏa ra trong 1 năm (365 ngày) là:

$E = P_{lò} \cdot t = 1,6.10^{9} \cdot (365 \cdot 86400) = 5,04576.10^{16}J$.

Năng lượng tỏa ra của một phân hạch:

$\Delta E = 200\text{~MeV} = 200 \cdot 1,6.10^{- 13} = 3,2.10^{- 11}\text{J}$.

Số hạt nhân ${}^{235}\text{U}$ cần phân hạch là:

$N = \dfrac{E}{\Delta E} = \dfrac{5,04576.10^{16}}{3,2.10^{- 11}} = 1,5768.10^{27}$ hạt.

Khối lượng ${}^{235}\text{U}$ cần dùng là:

$m = \dfrac{N}{N_{A}} \cdot A = \dfrac{1,5768.10^{27}}{6,02.10^{23}} \cdot 235 \approx 615568\text{g} \approx 615,6\text{kg}$.

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 4:

Thông hiểu

Dựa vào kiến thức về lò phản ứng hạt nhân và đoạn thông tin trên, các phát biểu sau đây là đúng hay sai?

	Đúng	Sai
a) Lò phản ứng hạt nhân hoạt động dựa trên nguyên tắc duy trì phản ứng dây chuyền với hệ số nhân nơtron luôn nhỏ hơn 1 để đảm bảo an toàn tuyệt đối.
b) Chất làm chậm trong lò phản ứng (như than chì hoặc nước nặng) có tác dụng hấp thụ các nơtron thừa để khống chế tốc độ phản ứng.
c) Năng lượng sinh ra từ lò phản ứng hạt nhân phần lớn nằm ở dạng động năng của các mảnh vỡ phân hạch, sau đó chuyển hóa thành nhiệt năng đun sôi nước.
d) Dù một phân hạch của ${}^{235}\text{U}$ có thể giải phóng trung bình 2,5 nơtron, nhưng trong lò phản ứng đang hoạt động ổn định, chỉ có 1 nơtron trong số đó được dùng để tạo phân hạch tiếp theo.

Đáp án đúng là: S; S; Đ; Đ

Xem lời giải

Câu hỏi:980097

Phương pháp giải

Sử dụng lý thuyết về đặc điểm, nguyên lý hoạt động của phản ứng dây chuyền và lò phản ứng hạt nhân.

Giải chi tiết

Ý a) Sai. Để lò hoạt động và sinh công suất đều đặn, hệ số nhân nơtron $k$ phải bằng 1, không phải nhỏ hơn 1 (nếu $k < 1$ phản ứng sẽ tắt dần).

Ý b) Sai. Chất làm chậm dùng để giảm tốc độ của nơtron nhanh thành nơtron nhiệt (để U235 dễ hấp thụ). Chức năng hấp thụ nơtron thừa là của các thanh điều khiển (Bo, Cadimi).

Ý c) Đúng. Quá trình phân hạch truyền động năng rất lớn cho các hạt sinh ra, quá trình va chạm của chúng trong lò chuyển hóa động năng thành nhiệt năng.

Ý d) Đúng. Đây chính là nguyên lý duy trì $k = 1$ để lò hoạt động ổn định với công suất không đổi.

Đáp án cần chọn là: S; S; Đ; Đ

Câu hỏi số 5:

Vận dụng

Một nhà máy điện hạt nhân sử dụng hạt nhân ${}^{235}\text{U}$ phân hạch. Cho khối lượng của hạt nhân ${}^{235}\text{U}$, nơtron, ${}^{94}\text{Sr}$, ${}^{140}\text{Xe}$ lần lượt là 234,9933 u; 1,0087 u; 93,8946 u; 139,8920 u. Coi $1\text{u} = 931,5\text{MeV/c}^{2}$. Tính năng lượng toả ra của phản ứng: ${}_{92}^{235}\text{U} +_{0}^{1}\text{n}\rightarrow_{38}^{94}\text{Sr} +_{54}^{140}\text{Xe} + 2_{0}^{1}\text{n}$ theo đơn vị MeV. (Học sinh điền kết quả dạng số thập phân, làm tròn đến 1 chữ số sau dấu phẩy).

Đáp án:

Đáp án đúng là: 184,4

Xem lời giải

Câu hỏi:980098

Phương pháp giải

Sử dụng hệ thức Einstein về khối lượng - năng lượng. Năng lượng tỏa ra của phản ứng: $W = (m_{truoc} - m_{sau})c^{2}$.

Giải chi tiết

Tổng khối lượng các hạt trước phản ứng:

$m_{truoc} = m_{U} + m_{n} = 234,9933 + 1,0087 = 236,0020\text{u}$.

Tổng khối lượng các hạt sau phản ứng:

$m_{sau} = m_{Sr} + m_{Xe} + 2m_{n} = 93,8946 + 139,8920 + 2 \cdot 1,0087 = 235,8040\text{~u}$.

Độ hụt khối của phản ứng:

$\Delta m = m_{truoc} - m_{sau} = 236,0020 - 235,8040 = 0,1980\text{u}$.

Năng lượng phản ứng tỏa ra là:

$W = \Delta m \cdot 931,5 = 0,1980 \cdot 931,5 \approx 184,437\text{MeV}$.

Làm tròn đến 1 chữ số thập phân, ta được 184,4 MeV.

Đáp án cần điền là: 184,4

Câu hỏi số 6:

Thông hiểu

Trong cấu trúc của lò phản ứng hạt nhân, chất làm chậm có vai trò quan trọng nào sau đây?

A. Hấp thụ các nơtron thừa để khống chế hệ số nhân nơtron luôn bằng 1.

B. Làm giảm tốc độ của các nơtron nhanh, biến chúng thành nơtron nhiệt để hạt nhân ${}^{235}\text{U}$ dễ dàng hấp thụ và phân hạch.

C. Làm nguội vùng hoạt động của lò, ngăn không cho nhiệt độ lõi lò tăng quá cao gây nguy hiểm.

D. Che chắn và ngăn cản sự bức xạ của các tia phóng xạ độc hại rò rỉ ra môi trường bên ngoài.

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:980099

Phương pháp giải

Dựa vào chức năng của các bộ phận trong lò phản ứng hạt nhân.

Giải chi tiết

Các nơtron sinh ra sau khi phân hạch là nơtron nhanh (có động năng lớn), hạt nhân ${}^{235}\text{U}$ rất khó hấp thụ các nơtron này. Chất làm chậm (như nước thường, nước nặng hoặc than chì) được sử dụng để giảm tốc độ của nơtron nhanh thành nơtron chậm (nơtron nhiệt), giúp quá trình phân hạch dây chuyền được duy trì dễ dàng hơn.

Đáp án cần chọn là: B

Quảng cáo

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K9 Chú ý! Lộ Trình Sun 2027 - 1 lộ trình ôn đa kỳ thi (TN THPT, ĐGNL (Hà Nội/ Hồ Chí Minh), ĐGNL Sư Phạm, ĐGTD, ĐGNL Bộ Công an, ĐGNL Bộ Quốc phòng- Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com. Cập nhật bám sát bộ SGK mới, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.