Lò phản ứng hạt nhân

Cấu tạo và nguyên lý lò phản ứng hạt nhân

Lò phản ứng hạt nhân là một trong những ứng dụng quan trọng của vật lý hạt nhân hiện đại và thường xuất hiện trong chương trình Vật lý 12 nâng cao. Việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu tạo và vai trò của lò phản ứng hạt nhân giúp học sinh nắm chắc kiến thức phản ứng hạt nhân và mở rộng hiểu biết về nguồn năng lượng của tương lai.

Cấu tạo lò phản ứng hạt nhân

Urani tồn tại trong tự nhiên dưới dạng UO₂ trong đó chỉ có 0.720% số nguyên tử là ²³⁵U. Phản ứng phân hạch dưới tác dụng của nơtron xảy ra dễ dàng với ²³⁵U kèm theo sự phát ra 2-3 nơtron phân hạch có động năng cao. Xác suất phân hạch sẽ tăng lên nếu các nơtron kích thích sự phân hạch có động năng thấp. Vì thế, bằng cách giảm động năng của các nơtron gây phân hạch, ta có thể tạo ra phản ứng phân hạch dây chuyển ở các hạt nhân ²³⁵U khác. Đây là cơ sở cho các lò phản ứng hạt nhân tạo ra năng lượng (NR – Nuclear Reactor).

Một NR điển hình gồm một bể chứa hình trụ có chiều cao H và bản kính R chứa đầy vật liệu gọi là chất làm chậm (moderator). Các ống trụ, được gọi là các kênh nhiên liệu, mỗi ống chứa một số thanh nhiên liệu đặc, chứa UO₂ tự nhiên ở dạng rắn, có chiều cao H được sắp xếp song song với nhau theo hình vuông.

Các nơtron phân hạch, sau khi thoát ra khỏi các kênh nhiên liệu, va chạm với chất làm chậm, mất bởi năng lượng và đi tới các kênh nhiên liệu bên cạnh với năng lượng đủ thấp để tạo ra sự phân hạch (Hình I-III). Nhiệt lượng tỏa ra từ sự phân hạch trong thanh nhiên liệu được truyền cho chất lỏng làm mát chảy dọc theo chiều dài của các thanh.

Nguyên lý lò phản ứng hạt nhân

Sơ đồ nguyên lý của lò phản ứng hạt nhân (NR)

• Hình I: Hình phóng đại của một kênh nhiên liệu (1-Thanh nhiên liệu).
• Hình II: Hình của NR (2-Kênh nhiên liệu).
• Hình III: NR nhìn từ trên xuống (3- Sự sắp xếp theo hình vuông của các kênh nhiên liệu và 4-Đường đi của nơtron).

----------------------------------------------

FAQ

1. Lò phản ứng hạt nhân là gì?

2. Nhiên liệu chính của lò phản ứng hạt nhân là gì?

3. Lò phản ứng hạt nhân hoạt động dựa trên phản ứng nào?

4. Thanh điều khiển trong lò phản ứng có vai trò gì?

-------------------------

Chuyên đề lò phản ứng hạt nhân không chỉ cung cấp kiến thức trọng tâm về phản ứng phân hạch mà còn giúp học sinh hiểu rõ ứng dụng thực tế của năng lượng hạt nhân trong đời sống và công nghiệp. Nắm vững nội dung này sẽ hỗ trợ hiệu quả cho quá trình ôn thi THPT Quốc gia và học sinh giỏi Vật lý.