TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ  NGUYỄN THỊ THÚY HÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VÀ ỨNG DỤNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lí đại cƣơng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: ThS HOÀNG VĂN QUYẾT HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm việc nghiêm túc với giúp đỡ thầy cô giáo bạn sinh viên khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, đến khóa luận tốt nghiệp với đề tài “ Phản ứng hạt nhân ứng dụng” hoàn thành Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô giáo, đặc biệt thầy giáo –ThS Hoàng Văn Quyết, người trực tiếp hướng dẫn hoàn thành khóa luận Tuy nhiên trình nghiên cứu, sinh viên bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học với điều kiện thời gian tầm hiểu biết hạn hẹp nên khóa luận tránh khỏi thiếu sót chưa thể mở rộng hết đề tài Vì mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để khóa luận hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 05 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Thúy Hà LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung trình bày khóa luận kết nghiên cứu thân hướng dẫn thầy cô giáo khoa Vật lý, đặc biệt thầy giáo - ThS Hoàng Văn Quyết Nội dung khóa luận không trùng lặp với kết nghiên cứu tác giả khác Hà Nội, tháng 05 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Thúy Hà MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU NỘI DUNG Chƣơng 1: Cơ sở lí thuyết 1.1 Đại cương phản ứng hạt nhân 1.2 Phản ứng phân hạch 1.3 Phản ứng nhiệt hạch 10 1.4 Hiện tượng phóng xạ 11 1.5 Tương tác neutron với hạt nhân 14 1.6 Tương tác hạt xạ với vật chất 15 Chƣơng 2: Ứng dụng phản ứng hạt nhân 23 2.1 Ứng dụng lĩnh vực Năng lượng 23 2.2 Ứng dụng Quân 30 2.3 Ứng dụng Công nghiệp 32 2.4 Ứng dụng Nông nghiệp 42 2.5 Ứng dụng Y học 51 2.6 Ứng dụng lĩnh vực khác 63 2.7 Ứng dụng ngành khoa học khác 68 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Cuối kỉ XIX , đại công nghiệp hình thành dựa sở phát triển Vật lý học với lĩnh vực: Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Quang học Đầu kỉ XX, sâu vào khám phá giới tự nhiên tầm quan sát trực tiếp nguyên tử (thế giới vi mô) vũ trụ (thế giới đại vĩ mô) người thu lượng thông tin khổng lồ giới tự nhiên - bắt đầu lĩnh vực Vật lý mới: Vật lý Hiện đại Biết nguyên tử gồm electron chuyển động xung quanh hạt nhân hạt nhân gồm hạt proton neutron thành tựu Vật lý kiệt xuất kỉ XX Và chuyên ngành Vật lý nghiên cứu cấu trúc, tính chất trình biến đổi hạt nhân nguyên tử gọi Vật lý Hạt nhân Trong suốt kỉ XX phát triển, chuyên ngành vật lý hạt nhân đạt nhiều thành tựu rực rỡ nghiên cứu khoa học thực tiễn Sự kiện khám phá tượng phân hạch hạt nhân năm 1939 hai nhà Vật lý Hahn Strassman tượng phóng xạ năm 1986 nhà Vật lý người Pháp Bequerel mở bước ngoặt nghiên cứu tượng hạt nhân ứng dụng phản ứng hạt nhân nói riêng chuyên ngành Vật lý Hạt nhân nói chung thực tiễn sống Năng lượng phản ứng hạt nhân tảng cho lượng phục vụ đời sống người tương lai mà tài nguyên tạo điện than đá, dầu mỏ, nước,…đang dần cạn kiệt Ngày 20/12/1951 Ario, Idaho - Mỹ, lò phản ứng tái sinh thực nghiệm sản sinh điện từ lượng hạt nhân thắp sáng bóng đèn - đánh dấu cách mạng lĩnh vực lượng hạt nhân đến giới có 441 lò phản ứng lượng hạt nhân hoạt động rải rác 31 quốc gia, sản xuất 363 triệu kilooat điện tương đương 18 triệu thùng dầu ngày Và sản phẩm phản ứng hạt nhân - đồng vị phóng xạ ứng dụng hiệu hầu hết lĩnh vực đời sống: Y học, Quân sự, Công nghiệp, Nông nghiệp,…Trong sách “Ứng dụng chất đồng vị phóng xạ” ( NXB Khoa học Kĩ thuật 1972) tác giả Đinh Ngọc Lân nhận định phát tượng phóng xạ sau: Trong lịch sử phát triển khoa học thấy phát minh khoa học mà phạm vi ứng dụng rộng rãi đến Tìm hiểu phản ứng hạt nhân ứng dụng cho ta thấy vai trò vô to lớn chuyên ngành Vật lý Hạt nhân nói riêng ngành Vật lý Hiện đại nói chung đời sống người tương lai Đó lí chọn đề tài “ Phản ứng hạt nhân ứng dụng” làm Khóa luận Tốt nghiệp Đại học Mục đích nghiên cứu  Tìm hiểu phản ứng hạt nhân; phản ứng phân hạch; phản ứng nhiệt hạch; tượng phóng xạ; tương tác neutron với hạt nhân; tương tác hạt xạ với vật chất  Tìm hiểu ứng dụng lượng sản phẩm phản ứng hạt nhân thực tiễn Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Lý thuyết ứng dụng phản ứng hạt nhân Nhiệm vụ nghiên cứu  Nghiên cứu lí thuyết chế, định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân; phản ứng phân hạch; phản ứng nhiệt hạch; tương tác neutron với hạt nhân; tương tác hạt, xạ với vật chất  Nghiên cứu ứng dụng thực tiễn lượng phản ứng hạt nhân nhà máy điện hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân; ứng dụng chất đồng vị phóng xạ khoa học đời sống Phƣơng pháp nghiên cứu Đọc nghiên cứu tài liệu liên quan Đọc tra cứu thông tin Internet Cấu trúc khóa luận Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Ứng dụng phản ứng hạt nhân NỘI DUNG CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Đại cƣơng phản ứng hạt nhân 1.1.1 Một số khái niệm 1.1.1.1 Định nghĩa phản ứng hạt nhân Phần lớn liệu hạt nhân nhận phân tích kết thực nghiệm phản ứng hạt nhân Phản ứng hạt nhân trình thiết lập lại hạt nhân có kèm theo phát hạt tương tác hạt ( ) với hạt nhân hay tương tác hạt nhân với chúng tiến gần đến khoảng cách bắt đầu xuất lực hạt nhân (khoảng 10-15m) 1.1.1.2 Phương trình phản ứng hạt nhân Phương trình phản ứng hạt nhân tổng quát: a + A B + b, viết dạng rút gọn A(a,b)B, a hạt đạn, A hạt nhân bia B, b sản phẩm sau phản ứng Ví dụ, phản ứng hạt nhân nhân tạo Rutherford thực năm 1919: gọn: ( + + viết Các thí nghiệm phản ứng hạt nhân thường phân tích hệ quy chiếu gắn với khối tâm hệ hạt tương tác gọi hệ quy chiếu khối tâm Hệ chuyển động với vận tốc không đổi so với hệ quy chiếu gắn với phòng thí nghiệm cho hạt trước tương tác hạt sau tương tác có động lượng tổng cộng không 1.1.1.3 Các kênh phản ứng Khi hạt đạn a bay tới tương tác với hạt nhân bia phản ứng xảy theo nhiều cách khác biểu diễn theo sơ đồ: B + b: phản ứng hạt nhân thực A* + a: tán xạ không đàn hồi a+A A + a: tán xạ đàn hồi Kênh vào Kênh A*: hạt nhân A trạng thái kích thích 1.1.1.4 Phân loại phản ứng hạt nhân Có nhiều cách khác để phân loại phản ứng hạt nhân, ví dụ: - Dựa vào lương hạt đạn phản ứng hạt nhân gồm:  Phản ứng hạt nhân lượng thấp: lượng hạt đạn cỡ vài keV  Phản ứng hạt nhân lượng trung bình: lượng hạt đạn cỡ vài MeV  Phản ứng hạt nhân lượng cao: lượng cỡ hàng nghìn MeV - Dựa vào chất hạt đạn phản ứng hạt nhân gồm:  Phản ứng xảy tác dụng neutron  Phản ứng xảy tác dụng proton  Phản ứng xảy tác dụng hạt mang điện khác - Dựa vào lượng phản ứng phản ứng hạt nhân gồm:  Phản ứng tỏa nhiệt  Phản ứng thu nhiệt - Dựa vào đặc tính phản ứng phản ứng hạt nhân gồm:  Phản ứng phân hạch  Phản ứng nhiệt hạch sở khác biệt sinh lý học chuyển hóa khối u tổ chức bình thường Ghi hình PET giúp ta phát sớm khối u, phân loại giai đoạn bệnh, theo dõi sau điều trị đáp ứng sau điều trị, phát tái phát di Bảng 2.3: Một số biến đổi sinh lý khối u dược chất phóng xạ dùng ghi hình PET Thay đổi sinh lý khối u Dƣợc chất phóng xạ Tăng sử dụng glucose C14 glucose Tăng vận chuyển amino acid, tăng C11 – methionine tổng hợp protein Tăng tổng hợp AND C11 – tyrosine Tăng oxy vào khối u C11 – thymidine Tăng biểu lộ estrogen F18 – flouromisondazole Tăng dòng máu tới khối u F18 – – estradiol O15 – H2O Tăng kháng nguyên Cu62 – PTSM Tăng lưu trữ thuốc, hóa chất F18 – flourouracil dùng cho điều trị C11 – daunoubicin - Ghi hình khối U đặc hiệu (ghi hình miễn dịch phóng xạ RIS): Đây kỹ thuật sử dụng kháng thể đánh dấu phóng xạ để ghi hình đánh giá số chất trình bệnh lý RIS có vai trò quan trọng đánh giá giai đoạn sơ ban đầu loại ưng thư biết, đánh giá lại bệnh nhân sau điều trị ung thư nguyên phát phẫu thuât, đồng vị phóng xạ, hóa chất kết hợp phương pháp điều trị 58 Hiện RIS áp dụng để phát 20 loại ung thư ác tính ung thư trực tràng, u sắc tố, u thần kinh đệm não,… Đồng vị phóng xạ thường dùng phải phát xạ tia có đời sống ngắn để giảm thời gian giảm liều xạ mà bệnh nhân phải chịu Tc99m, I123, 2.5.1.3 Định lượng miễn dịch phóng xạ (RIA) Định lượng miễn dịch phóng xạ (RIA) kĩ thuật chẩn đoán Y học Hạt nhân không cần đưa đồng vị phóng xạ vào thể người bệnh mà lấy bệnh phẩm máu, nước tiểu, dịch thể thêm chất đồng vị phóng xạ thích hợp qua xác định bệnh Với độ xác cao, kĩ thuật định lượng hầu hết nội tiết tố thể góp phần quan trọng chẩn đoán bệnh nội tiết đái tháo đường, lùn, rối loạn chức tuyến giáp, rối loạn chuyển hóa, rối loạn sinh dục Ngày phương pháp ngày cải tiến mở rộng nhiều lĩnh vực nghiên cứu miễn dịch học, đánh giá tình trạng dinh dưỡng, ung thư học Phương pháp dẫn đến cách mạng y học sinh học Một số ứng dụng phương pháp lâm sàng: - Định lượng hormon liên quan đến tuyến giáp - Nồng độ hormon số bệnh tuyến giáp - Định lượng số loại hormon hợp chất sinh học khác - Định lượng số chất điểm khối u 2.5.2 Điều trị bệnh đồng vị phóng xạ Hiện đồng vị phóng xạ nhân tạo giữ vai trò điều trị ung thư số bệnh khác Với phát triển khoa học Vật lý Hạt nhân, ngành điều trị học phóng xạ mang lại nhiều triển vọng tốt đẹp 59 Cơ sở việc dùng đồng vị phóng xạ điều trị hiệu ứng sinh vật học xạ ion hóa thể sống Điều trị dùng lượng xạ để làm thay đổi chức hay hủy diệt số tổ chức bệnh lý định Liều điều trị lớn nhiều liều chẩn đoán Mục đích việc điều trị bệnh phóng xạ kìm hãm hoạt động tiêu diệt tế bào bệnh nên yếu tố quan trọng phản ứng tế bào với tác dụng xạ ion hóa Độ nhạy phóng xạ phụ thuộc vào loại tế bào, giai đoạn sinh trưởng, mức độ biệt hóa hoàn chỉnh cấu trúc Vì liều lượng cần thiết cho điều trị tùy thuộc vào loại tế bào mô bị bệnh Những điều kiện môi trường xung quanh tế bào khối lượng mô, nồng độ oxy, chất dinh dưỡng, nhiệt độ,…ảnh hưởng lớn đến kết điều trị Có phương thức điều trị xạ ion hóa: Điều trị chiếu ngoài, điều trị áp sát điều trị chiếu 2.5.2.1 Điều trị chiếu Là phương pháp điều trị tia X, tia phát từ nguồn phóng xạ đặt cách thể quãng không gian định Các nguồn phóng xạ thường sử dụng Co60, Cs137, Ra222 2.5.2.2 Điều trị áp sát Là phương pháp dùng nguồn phóng xạ nhỏ bọc kín đưa đến gần vào tận khoang, tổ chức bệnh lý thể để điều trị Một số đồng vị phóng xạ sử dụng ứng dụng điều trị bệnh: - Dùng kim Ra bọc lớp Platin mỏng để lọc tia đặt vào hốc thể để điều trị ung thư cổ tử cung - Giấy thấm dung dịch phóng xạ Na3PO4 (P32) đặt lên áp để điều trị ung thư tế bào đáy da, bệnh đa sừng hóa da, u mạch máu 60 - Chất phóng xạ Sr90, Y90 đặt lên áp chất dẻo điều trị bệnh nấm, u mạch nông - Sr90 dạng áp để điều trị xuất huyết tử cung nặng không cầm - Đồng vị Au198 dùng để điều trị ung thư niêm mạc bàng quang 2.5.2.3 Điều trị chiếu (điều trị nguồn hở) Đây phương pháp sử dụng đồng vị phóng xạ dược chất phóng xạ đưa vào thể người đường uống tiêm nhằm mục đích điều trị Một số ứng dụng điều trị bệnh: - Điều trị số bệnh tuyến giáp - Điều trị bệnh tim mạch: Điểm bật y học hạt nhân điều trị ứng dụng tim mạch điều trị bệnh động mạch vành - Điều trị bệnh máu quan tạo máu: Đa hồng cầu nguyên phát, bạch càu mãn tính, Lymphoma non-hodgkins,… - Điều trị bệnh thuộc hệ thống xương khớp: Nguyên lý phương pháp dựa vào đặc tính chuyển hóa đặc hiệu tổ chức xương calci photpho nên thường dùng nguyên tố phóng xạ hợp chất đánh dấu thuộc hai nhóm mà phát tia với mức lượng phù hợp để điều trị tổn thương xương, khớp Hai ứng dụng điển hình chống đau di ung thư vào xương dược chất phóng xạ cắt bỏ bao hoạt dịch phóng xạ Các đồng vị phóng xạ thường dùng P32, Sr89, Re186, Re188, Sm153, Ho166 - Điều trị bệnh ung thư gan tiền phát: Đây bệnh ác tính phổ biến giới gây tử vong cho gần triệu người năm Các dược chất phóng xạ thường dùng: Lipiodol-I131, Lipiodol-Re188, Microsphere-Y90,… - Điều trị di ung thư gây tràn dịch khoang thể: Đây phương thức điều trị dùng keo phóng xạ đưa vào khoang màng phổi, màng tim để làm giảm nhẹ mức độ tràn dịch khoang ung thư gây ra, làm cho bệnh 61 nhân đỡ nước, điện giải chất dinh dưỡng Dược chất phóng xạ thường dùng keo Au198, CrP32O4, Y90Cl - Điều trị bệnh thần kinh u nguyên bào thần kinh, u tủy thượng thận Đồng vị phóng xạ thường dùng I131, At211 - Điều trị miễn dịch phóng xạ: Đây phương pháp điều trị đại Nguyên lý phương pháp dùng lượng kháng thể đặc hiệu chống khối u đánh dấu hạt nhân phóng xạ công tổ chức ung thư Hình 2.9: Ung thư vú di ghi hình máy PET Hình trái: Trước điều trị hóa chất có nhiều ổ di Hình phải: Sau điều trị, hầu hết ổ di biến 2.5.3 Chế tạo băng vết thương dạng gel nước Gel nước chế tạo phương pháp chiếu xạ dung dịch polyvinyl alcohol dung dịch chất hữu khác kĩ thuật chiếu xạ Sản phẩm tạo dùng để băng bó vế thương, đặc biệt vết bỏng Có thể bổ sung chất kháng sinh chất điện giải vào dung dịch trước sau chiếu xạ để tăng hiệu điều trị Ưu điểm loại băng vết thương dạng gel nước làm cho vết thương chóng lành, hạn chế tối đa trình nước từ vết thương, không gây đau 62 đớn, dễ thay băng suốt nên bác sĩ theo dõi trực tiếp vết thương trình điều trị Hình 2.10 : Băng vết thương dạng gel nước PVA Việt Nam chế tạo chùm xạ 2.5.4 Khử trùng dụng cụ y tế Nguồn xạ chủ yếu sử dụng để khử trùng dụng cụ y tế tia từ đồng vị Co60 Cs137 Khử trùng xạ kĩ thuật tổng hợp, liên quan tới sinh học xạ hóa học xạ Dưới tác dụng xạ giải hai vấn đề: - Tiêu diệt vi trùng (làm khả sinh sản) - Ngăn chặn khả phân hủy xạ đối tượng khử trùng Trong trình chiếu xạ người ta sử dụng khái niệm D 10 giá trị liều làm chết 90% lượng vi trùng Liều tiệt trùng công nhận 25kGy Các sản phẩm khử trùng gồm: khâu, dụng cụ cho truyền máu, dụng cụ tiêm, dụng cụ phẫu thuật, dao mổ số dược phẩm 2.6 Ứng dụng lĩnh vực khác 2.6.1 Khảo cổ học 63 Cơ sở phương pháp: Gọi no số hạt nhân ban đầu đồng vị phóng xạ, n số hạt nhân lại thời điểm t, nb số hạt nhân bền tạo thành mẫu thời điểm t Ta có: no = n + nb mà n = no.exp(- t) = no.exp(  t= + = exp( t) ln( + ) t) = (n + nb)exp(- t) (2.1) Như vây biết chu kì bán rã đồng vị phóng xạ đứng đầu dãy phóng xạ, số hạt nhân lại số hạt nhân bền tạo thành thời điểm tạo thành ta hoàn toàn xác định thời gian t trôi qua tuổi mẫu vật Có thể sử dụng phương pháp: Phương pháp urani- chì, phương pháp cacbon phóng xạ,… 2.6.2 Địa chất Ứng dụng đồng vị phóng xạ nhân tạo phát xạ để xác định mật độ đất đá ứng dụng thực thành công, nhiều trường hợp trở thành phương pháp tiêu chuẩn hệ thống phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) Thông thường có hai kĩ thuật đo: 2.6.2.1 Đo truyền qua Phương pháp truyền qua xác định mật độ dựa vào quy luật suy giảm cường độ chùm xạ (tính số photon phát đơn vị thời gian) qua vật chất 64 Cơ sở phương pháp truyền qua phụ thuộc tuyến tính hệ số suy giảm tuyến tính vào mật độ xạ vật chất vùng lượng từ 500keV 600keV đến 1500keV theo biểu thức : = , hệ số suy giảm khối, có thứ nguyên nghịch đảo Khi xác định mật độ đất đá kĩ thuật truyền qua ta nhận giá trị trung bình mật độ vùng đất đá mà tia truyền qua Để tránh ảnh hưởng thay đổi thành phần cấu tạo đất đá đến giá trị mật độ thực tế người ta dùng tia có lượng 600 1500keV Các đồng vị phóng xạ thường dùng Co60 Cs137 2.6.2.2 Đo tán xạ Cơ sở phương pháp phụ thuộc cường độ chùm tia vào mật độ đất đá : = k , tán xạ (2.2) đó: k, C số phụ thuộc máy đếm, hình học đo hoạt độ nguồn phóng xạ, đặc trưng cho trình tán xạ xạ , cho trình hấp thụ xạ đặc trưng đường từ nơi sinh xạ đến máy đếm Hình 2.11: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc 65 vào Thực tế áp dụng phương pháp tán xạ xác định mật độ đất đá cho thấy: - Để sử dụng nhánh bên phải đồ thị ta dùng đồng vị cho xạ có lượng nhỏ, thiết bị có kích thước lớn - Để sử dụng nhánh bên trái đồ thị ta dùng đồng vị cho xạ có lượng lớn, thiết bị có kích thước nhỏ Khoảng cách nguồn phóng xạ máy đếm thay đổi tùy ý Lớp chì để ngăn không cho xạ đồng vị Co60 tới trực tiếp máy đếm thường có bề dày tối thiểu 15cm 2.6.3 Thủy văn Trong lĩnh vực thủy văn, phương pháp đồng vị đánh dấu sử dụng đem lại nhiều kết có ý nghĩa thực tế cao Có thể kể số ứng dụng điển hình sau đây: *Nghiên cứu thấm nƣớc qua đập: Qua phản ứng Na23(n, )Na24 đồng vị phóng xạ Na24 tạo thành có chu kì bán rã 15h Đồng vị bền Na23 tồn tự nhiên với độ phổ cập 100% Hòa lượng dung dịch 23 NaHCO3 vào nước đập, tùy theo hoạt độ phóng xạ đo nước phía bên đập mà ta thu thông tin thấm nước qua đập Các xạ có lượng 1400keV 2700keV phát phân rã Na24 để trở thành Mg24 ghi nhận máy đếm thông thường *Nghiên cứu di chuyển cát sa bồi quy luật trầm tích sa khoáng: Sử dụng đồng vị phóng xạ Ir192 thu từ phản ứng Pt191(n, )Ir192 có chu kì bán rã 74,2 ngày Bức xạ sinh Ir192 phân rã trở thành Pt192 có lượng 300 500keV ghi nhận máy đếm *Đo lƣợng nƣớc hồ, sông để nghiên cứu mạch nƣớc ngầm *Đo mật độ không khí : Sử dụng xạ xạ nguồn phóng xạ Kr85, bị không khí tán xạ ống đếm ghi nhận Sự tán xạ biến đổi phụ thuộc mật độ không khí 66 2.6.4 Môi trường Vấn đề xử lý nước thải bị ô nhiễm vấn đề mang tính cấp thiết nhiều quốc gia Do việc xử lý nước thải đóng vai trò quan trọng bảo vệ môi trường, xây dựng môi trường xanh, Công nghệ xử lý nước thải chất đồng vị phóng xạ ứng dụng có tính thiết thực ứng dụng kĩ thuật hạt nhân đời sống Công nghệ xử lý nước thải chất đồng vị phóng xạ tiến hành theo bước sau: Xử lý xạ nguồn nước tự nhiên: Dùng xạ nguồn Co60 với liều lượng 1kGy để khử màu, tẩy uế, diệt khuẩn để nước sử dụng làm nước sinh hoạt, với liều lượng độ nhiễm độc vi khuẩn, nhiễm độc kí sinh trùng nước giảm nhiều Do coi liều 1kGy liều làm nước Xử lý nước thải công nghiệp: Nước thải công nghiệp chứa nhiều chất độc hại khó phân hủy có nồng độ tương đối cao nên sử dụng xạ liều 10kGy Nếu nước thải làm phương pháp sinh học, hóa học cần liều 0,1 0,3kGy Xử lý chất lắng đọng từ nước thải bùn hoạt tính: Các chất thải lắng đọng chiếm 0,5 8% thể tích nước thải Liều lượng 25kGy coi liều lượng tiệt trùng bùn chất lắng đọng Sản phẩm dùng làm phân bón ngành nông nghiệp 2.6.5 Khử muối nước biển để cung cấp nước Năm 2003, IAEA giúp 1/6 dân số giới sống thiếu nước tiếp cận với nước Hiện giới có 12.500 nhà máy khử muối để cung cấp nước có công suất trung bình 2.000m3/ngày Một lò hạt 67 nhân cung cấp lượng cho nhà máy khử muối theo phương pháp thẩm thấu ngược với công suất 100.000m3/ngày Nhà máy điện hạt nhân Karachi, Pakistan sử dụng thiết bị thẩm thấu ngược hoạt động từ năm 2000, ngày cung cấp khoảng 450m3 nước Ở Ấn độ, người ta dự kiến xây lò phản ứng hạt nhân cung cấp lượng cho nhà máy khử muối công suất 6.300m3/ngày 2.7 Ứng dụng ngành khoa học khác 2.7.1 Hóa học Bức xạ ion hóa sử dụng để thực phản ứng hoá học Thông thường trình xạ ion hóa đóng vai trò tác nhân khơi mào phản ứng dây chuyền Ví dụ: - Tổng hợp Sulfoclorit Mục đính: Tạo monosulfoclorit để sản xuất chất tẩy rửa sinh học Quy trình: RH + SO2 + Cl2 RSO4Cl2 + HCl Nguồn phóng xạ: Co60 hoạt độ 2kCi, suất liều 2.10-4 10-2Gy/s Sản phẩm: Dung dịch 30% sulfoclorit hydrocacbon - Tổng hợp thiếc hữu Mục đích: Tạo diakil bromit dùng sản xuất chất xúc tác đặc biệt chất cố định polymer Quy trình: 2RBr + Sn R2SnBr2 (diakil bromit) 2.7.2 Sinh học Trong ngành khoa học có ứng dụng phản ứng hạt nhân Sinh học ngành sử dụng nhiều có hiệu chất đồng vị phóng xạ Có thể nói việc sử dụng chất đồng vị phóng xạ đánh dấu sinh học cống hiến quan trọng bậc Vật lý học Sinh học Một số ứng dụng điển hình: - Nghiên cứu chu trình sinh vật 68 - Xác định vận tốc trình cấu trúc sinh vật - Nghiên cứu cấu trúc di truyền - Nghiên cứu cấu tạo protein 2.7.3 Vật lý Có hai ứng dụng phản ứng hạt nhân nghiên cứu Vật lý là: Ứng dụng chất đồng vị đánh dấu phóng xạ nghiên cứu tượng khuếch tán tạp chất chất bán dẫn Ứng dụng hiệu ứng xảy bên hạt nhân xảy phản ứng nghiên cứu vật rắn: Hiệu ứng Messbauer, chuyển dời cặp positron 69 nối tầng, hủy KẾT LUẬN Ý nghĩa nghiên cứu đề tài - Giúp thân bạn đọc có nhìn tổng quát ứng dụng phản ứng hạt nhân thực tiễn từ thấy trình độ người ngày sử dụng lí thuyết có phản ứng hạt nhân để ứng dụng chúng thực tiễn nào? - Bằng cách trình bày ứng dụng phản ứng hạt nhân hầu hết lĩnh vực đời sống, hy họng bạn đọc tiếp cận đề tài theo nhiều hướng từ có nhìn đắn vai trò to lớn phản ứng hạt nhân Tóm tắt nội dung Khóa luận trình bày phản ứng hạt nhân ứng dụng thực tiễn đời sống khoa học Xuyên suốt khóa luận trình bày ứng dụng phản ứng hạt nhân chủ yếu theo hai hướng sử dụng lượng phản ứng hạt nhân sử dụng sản phẩm phản ứng hạt nhân (các đồng vị phóng xạ) mà cụ thể sử dụng tác dụng xạ phát từ đồng vị phóng xạ lên vật chất Phƣơng hƣớng ứng dụng đề tài Tôi hy vọng sở lí thuyết phản ứng hạt nhân ứng dụng thực tiễn, bạn đọc thấy vai trò to lớn phản ứng hạt nhân đời sống từ có nhìn đắn việc sử dụng ứng dụng Đánh giá  Những điều làm 70 + Khóa luận khái quát đặc điểm phản ứng hạt nhân trình bày ứng dụng bật chúng thực tiễn + Trong ứng dụng nêu có ứng dụng sử dụng với mục đích phi hòa bình bạn đọc thấy cần nhìn nhận đề tài cách khách quan đắn  Những điều chưa làm + Tôi cho phản ứng hạt nhân có nhiều ứng dụng khác thời gian có hạn tầm hiểu biết thân hạn chế nên khóa luận chưa nêu lên tất ứng dụng phản ứng hạt nhân + Ngoài số ứng dụng chưa sâu vào giải thích cụ thể nguyên tắc ứng dụng mà nêu lên đặc điểm chung + Nhận xét mặt khách quan đề tài có nhiều viết tác giả, thu thập, hệ thống xếp lại cho hoàn chỉnh + Các bạn đọc có nhu cầu tìm hiểu kĩ ứng dụng phản ứng hạt nhân tìm hiểu tài liệu liên quan mạng Internet Đề nghị Hiện ứng dụng phản ứng hạt nhân rộng rãi sử dụng hiệu nước phát triển Tuy nhiên nước phát triển có nước ta việc sử dụng ứng dụng hạn chế Ví dụ nước ta có lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu Đà Lạt với công suất nhỏ mà chưa có lò phản ứng lượng hạt nhân Tôi hy vọng bạn đọc lưu tâm nhiều đến việc sử dụng ứng dụng phản ứng hạt nhân vào mục đích hòa bình để đẩy mạnh phát triến trình độ nước Ngoài ra, bạn đọc tham gia phản đối việc sử dụng ứng dụng phản ứng hạt nhân vào mục đích phi hòa bình 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Sỹ An (2005), Y học Hạt nhân, NXB Y học Hà Nội [2] Nguyễn Xuân Chánh, Lê Băng Sương (2002), Vật lý với khoa học công nghệ, NXB Giáo Dục Hà Nội [3] Trần Ngọc Hợi (Chủ biên), Phạm Văn Thiều (2006), Vật lý đại cương Các nguyên lí ứng dụng (tâp 3), NXB Giáo Dục [4] Phạm Quốc Hùng( 2007), Vật lý hạt nhân ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Ngô Quang Huy (2003), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [6] Vũ Thanh Khiết (2010), Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý THPT Vật lý đại, NXB Giáo dục Việt Nam [7] Đinh Ngọc Lân (1972), Ứng dụng chất đồng vị phóng xạ, NXB Khoa học Kĩ thuật [8] Trần Đại Nghiệp (2007), Xử lí xạ sở công nghệ xạ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [9] Đặng Huy Uyên (2005), Vật lý hạt nhân đại cương , NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [10] Nguyễn Văn Thụ (2009), Đại cương vật lý hạt nhân, NXB Giáo dục [11] www Kythuatyhoc.com [12] www.nri.gov.com [13] www.phy.hcmus.edu.vn [14] www.vatlyvietnam.org.vn [15] www.vinatom.gov.com 72 [...]... khiển Loại phản ứng này được thực hiện trong trong các lò phản ứng hạt nhân và sử dụng vào việc sản xuất điện năng 9 - Nếu f >1: Số neutron tăng lên theo cấp số nhân và phản ứng dây chuyền không điều khiển Loại phản ứng này được ứng dụng trong chế tạo bom nguyên tử 1.3 Phản ứng nhiệt hạch 1.3.1 Phản ứng nhiệt hạch Định nghĩa: Phản ứng hạt nhân trong đó hai hạt nhân nhẹ kết hợp để tạo ra một hạt nhân nặng... diện của phản ứng hạt nhân Tiết diện của phản ứng là đại lượng đặc trưng cho xác suất xảy ra một phản ứng hạt nhân nào đó Mỗi hạt nhân bia được gắn với một tiết diện gọi là tiết diện hiệu dụng theo hướng vuông góc với phương tới của các hạt đạn, là xác suất xảy ra phản ứng trong một giây khi bắn vào hạt nhân một dòng hạt có mật độ 1 hạt/ 1cm2 Bia được xem là đủ mỏng sao cho không có một hạt nhân nào... diện hiệu dụng là Barn: 1Barn = 10-24 cm2 Tiết diện hiệu dụng phụ thuộc vào bản chất của hạt nhân bia, bản chất hạt đạn và năng lượng của hạt đạn 1.1.3 Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: a + A B + b, trong đó hạt nhân A ứng yên 1.1.3.1 Định luật bảo toàn điện tích Nội dung của định luật: Tổng điện tích của các hạt ở kênh vào bằng tổng điện tích của các hạt ở kênh... tán xạ đàn hồi Ngoài ra trong phản ứng hạt nhân còn tuân theo định luật bảo toàn momen động lượng toàn phần, bảo toàn spin đồng vị, bảo toàn tính chẵn lẻ 1.2 Phản ứng phân hạch 1.2.1 Phản ứng phân hạch Định nghĩa: Phản ứng hạt nhân trong đó một hạt nhân nặng hấp thụ một neutron rồi vỡ ra hai hạt nhân trung bình kèm theo một vài neutron được gọi là phản ứng phân hạch Phản ứng phân hạch điển hình là sự... chất phóng xạ bằng cách cho tín hiệu sau khi khuếch đại qua máy phân tích biên độ 22 CHƢƠNG 2 ỨNG DỤNG CỦA PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 2.1 Ứng dụng trong lĩnh vực năng lƣợng 2.1.1 Lò phản ứng năng lượng hạt nhân 2.1.1.1 Cấu trúc chung của một lò phản ứng năng lượng hạt nhân Cấu trúc chung của một lò phản ứng năng lượng hạt nhân gồm: - Vùng hoạt động: Gồm thanh nhiên liệu, chất làm chậm, thanh điều khiển - Hệ thống... ứng hạt nhân Năng lượng Q của phản ứng hạt nhân : Q = M.c2 = Kb + KB Ka (1.7) Từ (1.7) thấy năng lượng của phản ứng hạt nhân tồn tại dưới dạng động năng của các hạt nhân tham gia phản ứng 7 - Nếu Q > 0: phản ứng tỏa năng lượng, phản ứng này xảy ra với động năng bất kỳ của hạt đạn a - Nếu Q < 0: phản ứng thu năng lượng, phản ứng này chỉ xảy ra khi động năng của hạt đạn a đạt tới một giá trị ngưỡng nào... Trong một lò phản ứng hạt nhân, nước có hai công dụng là: - Làm giảm tốc độ neutron để chúng phá vỡ hạt nhân U235 tức là đóng vai trò là chất làm chậm và sinh ra năng lượng - Chuyển năng lượng từ lò phản ứng ra ngoài Những lò phản ứng thông dụng là những kiểu lò chạy bằng nước nhẹ được gọi là lò phản ứng nước nhẹ LWR Những lò đó sinh ra hơi nước trực tiếp ngay trong lò phản ứng (lò phản ứng nước sôi... chảy theo những đường ống vào trong lò - Vành phản xạ: Làm bằng Graphite - Đường ống làm thí nghiệm: đưa neutron ra ngoài - Thành bảo vệ phóng xạ: Có tác dụng cản trở các tia bức xạ từ lò phản ứng ra ngoài Hình 2.1: Sơ đồ chung cầu tạo lò phản ứng năng lượng hạt nhân 2.1.1.2 Nguyên tắc cơ bản của lò phản ứng năng lượng hạt nhân Xét nguyên tắc cơ bản của lò phản ứng năng lượng hạt nhân dùng Uranium thiên... hạch là một ưu việt hiểm có của lò phản ứng năng lượng hạt nhân Có thể nhờ một phản ứng hạt nhân để biến những hạt nhân không bị phân hạch bởi neutron chậm thành nhiên liệu phân hạch bởi neutron chậm Ví dụ sản xuất Pu239 từ U238 và sản xuất U233 từ Th232 qua các phản ứng sau: 24 + + * → * → → → Những lò phản ứng có khả năng tái sản xuất nhiên liệu được gọi lò phản ứng tái sinh Người ta tính toán được... phản ứng dây chuyền Hình 1.1 : Sơ đồ phản ứng dây chuyền Thực tế để thực hiện phản ứng dây chuyền là không dễ dàng do không phải mọi neutron sinh ra đều gây ra phản ứng phân hạch Vì vậy muốn có phản ứng dây chuyền ta xét đến đại lượng f được gọi là hệ số nhân neutron - Nếu f < 1: Phản ứng dây chuyền không xảy ra - Nếu f = 1: Phản ứng dây chuyền xảy ra với mật độ neutron không đổi và được gọi là phản ứng ... loại phản ứng hạt nhân, ví dụ: - Dựa vào lương hạt đạn phản ứng hạt nhân gồm:  Phản ứng hạt nhân lượng thấp: lượng hạt đạn cỡ vài keV  Phản ứng hạt nhân lượng trung bình: lượng hạt đạn cỡ vài... điện khác - Dựa vào lượng phản ứng phản ứng hạt nhân gồm:  Phản ứng tỏa nhiệt  Phản ứng thu nhiệt - Dựa vào đặc tính phản ứng phản ứng hạt nhân gồm:  Phản ứng phân hạch  Phản ứng nhiệt hạch...  Phản ứng hạt nhân lượng cao: lượng cỡ hàng nghìn MeV - Dựa vào chất hạt đạn phản ứng hạt nhân gồm:  Phản ứng xảy tác dụng neutron  Phản ứng xảy tác dụng proton  Phản ứng xảy tác dụng hạt