BÁO cáo bài tập lớn CHUYÊN đề vũ KHÍ NGUYÊN tử

- Đối với loại vũ khí này, bức xạ nhiệt từ vụ nổ phân rã hạt nhân được dùng để nung nóng và nén phần nhiên liệu khác nhằm tạo ra phản ứng nhiệt hạch với năng lượng được giải thoát rất nh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

·▪•🙢🙞🕮🙜🙠•▪·

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

CHUYÊN ĐỀ: VŨ KHÍ NGUYÊN TỬ

LỚP: L10

NHÓM: 7

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành báo cáo bài tập lớn này, chúng em xin chân thành cảm ơn: Ban Giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh với hệ thống thư viện hiện đại, nhiều loại sách, tài liệu thật sự thuận tiện cho quá trình tìm kiếm Hơn thế nữa, các thầy cô bộ môn đã tận tâm truyền đạt cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn cơ sở ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập

Trong tình hình dịch hiện nay, chúng em không thể đến trường để cùng làm việc với nhau Việc thực hiện bằng hình thức online và bản thân chúng em cũng chưa có nhiều kinh nghiệm nên những thiếu sót là không thể tránh khỏi Chúng em rất mong nhận được sự góp ý quý giá

từ các thầy cô nhằm giúp bài báo cáo được hoàn thiện hơn Chúng em xin trân trọng cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 4 tháng 4 năm 2022

Nhóm 7

MỤC LỤC

I Lịch sử: 1

1 Quá trình hình thành: 1

II Phân loại: 1

1 Bom nguyên tử (Bom A): 1

2 Bom nhiệt hạch (Bom H): 2

3 Bom neutron (Bom N): 3

III Cấu tạo: 4

1 Bom phân hạch: 4

2 Bom nhiệt hạch (Bom H): 5

3 Bom Neutron (Bom N): 7

IV Nguyên lý hoạt động: 8

1 Bom phân hạch: 8

2 Bom nhiệt hạch: 10

V Ưu điểm và nhược điểm của vũ khí hạt nhân 11

1 Ưu điểm: 11

2 Nhược điểm: 12

VI Biện pháp hòa bình: 12

I Lịch sử:

1 Quá trình hình thành:

II Phân loại:

Dựa vào nguyên lý hoạt động, ta có ba loại vũ khí nguyên tử cơ bản sau:

1 Bom nguyên tử (Bom A):

- Bom nguyên tử hoạt động theo nguyên lý phân hạch Urani hay Plutoni

- Sức công phá của một quả bom nguyên tử tương đương với từ 1.000 tấn (1 KT) đến vài trăm nghìn tấn thuốc nổ TNT

- Với mỗi loại nhiên liệu bom nguyên tử có một khối lượng đặc trưng, gọi là khối lượng tới hạn Khi khối lượng nhiên liệu nhỏ hơn khối lượng này thì phản ứng dây chuyền không xảy ra Nhiên liệu phản ứng trong mỗi quả bom sẽ được chia tách ra các phần dưới hạn để đảm bảo an toàn Muốn kích nổ chỉ cần ghép các phần riêng biệt này thành một khối Khối lượng này của Urani 235 tinh khiết là 50kg

- Cho tới nay, Mỹ là nước duy nhất sử dụng bom nguyên tử trong chiến tranh

Quả bom thứ nhất mà Mỹ thả xuống thành phố Hiroshima ngày 6/8/1945 có sức công phá khoảng 15 KT

Quả thứ hai thả xuống Nagasaki ba ngày sau đó có sức công phá khoảng 20 KT

Đây là một phần kết quả của dự án Manhattan nghiên cứu về vũ khí hạt nhân của Mỹ ở Thế chiến II

Hình : Hai thành phố Hiroshima và Nagasaki của Nhật Bản đã trở thành những nạn nhân đầu tiên của bom nguyên tử (Nguồn:

Pinterest)

2 Bom nhiệt hạch (Bom H):

- Là vũ khí hạt nhân cao cấp hơn, lấy năng lượng nhiều hơn từ quá trình nhiệt hạch

- Đối với loại vũ khí này, bức xạ nhiệt từ vụ nổ phân rã hạt nhân được dùng để nung nóng và nén phần nhiên liệu khác nhằm tạo ra phản ứng nhiệt hạch với năng lượng được giải thoát rất nhiều

Kết quả là loại bom này tăng đáng kể sức nổ, đạt mức gấp hàng chục, hàng trăm lần so với bom nguyên tử

- Vũ khí nhiệt hạch có tên gọi thông thường là bom khinh khí hay bom

H bởi vì nó sử dụng phản ứng nhiệt hạch Hydro

- Bom H thực chất là quả bom kép, bao gồm một quả bom nguyên tử

và một quả bom hydrogen Khi được kích hoạt, hai quả bom sẽ nổ gần như đồng thời Lượng nhiệt sinh ra từ quá trình nổ bom nguyên

tử được dùng làm mồi cho vụ nổ thứ 2

Hình : Bom nhiệt hạch (Nguồn:vatlypt.com)

3 Bom neutron (Bom N):

- Là một loại bom nhiệt hạch ra đời vào giữa thời kỳ chiến tranh lạnh

Tuy nhiên bom Neutron được thiết kế tối đa hóa bức xạ Neutron gây chết người trong vùng lân cận, đồng thời giảm thiểu sức mạnh vật lý của chính vụ nổ

- Khoảng 40% năng lượng vụ nổ được phát xạ Neutron ở mức năng lượng trung bình 14 MeV, cùng với tia gamma năng lượng 1 -

2 MeV

Liều chiếu cao với khả năng đâm xuyên Neutron lớn tiêu diệt tất

cả các sinh vật dù ẩn nấp sau các lớp bọc thép hay khối bê tông dày

- Một quả bom Neutron thường có sức công phá chỉ vào khoảng

1 KT

Sóng xung kích và bức xạ nhiệt phát sinh từ vụ nổ của một quả bom Neutron yếu hơn 10 lần so với một vụ nổ trên không của một quả bom nguyên tử

- Bức xạ Neutron tạo ra đồng vị phóng xạ tồn tại trong thời gian ngắn, nên người ta có thể "an toàn" tiếp cận tâm chấn của vụ nổ bom Neutron chỉ sau khoảng 12 giờ

Hình : Vụ nổ bom Neutron (Nguồn:Soundcloud)

III Cấu tạo:

1 Bom phân hạch:

- Một đầu đạn nhỏ U-235 hoặc Pu-239

- Một khối nguyên liệu U235 hình cầu và Pu-239

2 Bom nhiệt hạch (Bom H):

- Một quả bom phân hạch nhỏ

- Một lõi nhiệt hạch: một ống U-238 để làm vật liệu can thiệp, bên trong là lõi Liti - Đơteri làm nguyên liệu chính và một thanh

plutoni-239 ở trung tâm

3 Bom Neutron (Bom N):

- Hệ sơ cấp: một lượng nổ hạt nhân phân hạch dùng Plutonium (Pu) làm chức năng mồi nổ

- Hệ Tritium

Hai hệ trên được đặt tại hai tiêu điểm của lớp phản xạ hình ellipse tròn xoay, cấu tạo từ những chất trong suốt đối với Neutron như sắt

và Beryllium (Be)

IV Nguyên lý hoạt động:

1 Bom phân hạch:

- Dựa trên hiện tượng phân hạch hạt nhân, một quá trình vật lý hóa học hạt nhân mà trong đó một nguyên tử bị tách ra làm hai hay nhiều phân tử, một số sản phẩm phụ và năng lượng

- Nguyên tố chính: Uranium 235 hoặc Plutoni 239 (đã được làm tăng hàm lượng)

- Chỉ có mỗi đồng vị Uranium 235 là phù hợp làm nguyên liệu cho bom nguyên tử, nhưng trong tự nhiên tỷ lệ của đồng vị này chỉ là 1/140 còn lại chủ yếu là Uranium 238 không hề xuất hiện phản ứng phân hạch khi tiến hành bắn neutron Vì thế khi bắt đầu chế tạo bom nguyên tử các nhà khoa học thường sẽ tìm cách làm giàu hàm lượng đồng vị Uranium 235 trong thỏi quặng Urani tự nhiên bằng cách cho vào các máy ly tâm cường độ cao để bóc tách các đồng vị Tỷ lệ làm giàu trong các nhà máy điện hạt nhân là 5% trong khi đó các vũ khí hạt nhân cần độ thuần khiết của nguyên liệu lên đến 90% Vậy nên các nhà khoa học đã không ngừng tìm tòi để tận dụng tối đa nguồn đồng vị 238 và họ đã nhận ra khi bắn một neutron vào Urani

238 chúng lại giữ luôn neutron mới bắn vào và tạo ra nguyên tố mới

- Plutoni 239 một nguyên liệu hoàn hảo, hoàn toàn phù hợp cho các

vũ khí hạt nhân

- Nguyên lý: Phân hạch hàng triệu nguyên tử Uranium 235 cùng lúc, đưa chúng vào trạng thái siêu tới hạn khi bắn một neutron vào nguyên tử Uranium tạo ra 2-3 neutron mới, năng lượng và các sản phẩm phân hạch, các neutron này lại tiếp tục quá trình phân hạch của các nguyên tử Uranium khác tạo thành một phản ứng dây chuyền nhân lên với cấp số mũ trong khoảng thời gian 1/1.000.000 giây từ

đó giải phóng một nguồn năng lượng khổng lồ

- Theo các tính toán hiện tại phân hạch 0,45kg Uranium sẽ tạo ra nguồn năng lượng tương đương với 1.400 tấn than đá, đốt cháy 946.000 lít xăng

Có 2 phương pháp để kích hoạt và bắt đầu quá trình trên:

• Phương pháp khẩu súng - the gun – kích hoạt phản ứng phân hạch bằng cách bắn 1 mảnh vật liệu phân hạch gần tới hạn vào 1 mẩu vật liệu phân hạch gần tới hạn khác

• Phương pháp sụp đổ - implosion – tạo ra 1 vụ nổ thông thường

2 Bom nhiệt hạch:

- Là loại vũ khí hạt nhân lấy phản ứng phân hạch làm mồi nổ kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân

- Nguyên tố chính: Tritium và Deuterium

- Nguyên lý: lấy quá trình tổng hợp hạt nhân làm chủ đạo, đây là quá trình hợp nhất hai phân tử để tạo thành một phân tử lớn và phức tạp hơn đồng thời giải phóng năng lượng Cụ thể là quá trình tổng hợp hai phân tử khí hydro để tạo thành phân tử heli giải phóng năng lượng và nhiệt mạnh

𝐻 + 𝐻13 → 𝐻𝑒 + 𝑛 + 17,6𝑀𝑒𝑣24 01

1 2

Để xúc tác cho phản ứng xảy ra các nhà khoa học đã tích họp một quả bom phân hạch cỡ nhỏ bên trong, khi kích hoạt quả bom phân hạch sẽ nổ, tạo ra một lượng nhiệt đủ lớn kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân

- Điều kiện:

• Nhiệt độ rất cao hàng triệu ⁰C được tạo ra sau quá trình phân hạch

• Hidro ở trạng thái Plasma

So sánh sức công phá:

Ta có thể nhận ra quá trình tổng hợp hạt nhân tritium và deuterium tạo ra 17,6 Mev lại hình thành vụ nổ có sức công phá cao hơn rất nhiều so với quá trình phân rã Uranium 235 với 200Mev được tạo thành Nguyên nhân có thể lý giải trong cùng một khối lượng nguyen tử Hydro có số lượng nhiều gấp hang trăm lần so với Uranium nên tổng năng lượng của nó sẽ nhiều gấp khoảng 10 lần

so với Uranium

V Ưu điểm và nhược điểm của vũ khí hạt nhân

1 Ưu điểm:

* Mặc dù có không ít những nguy hiểm, tác hại của vũ khí hạt nhân gây ra, tuy nhiên cũng không thể khẳng định rằng chúng hoàn toàn có

- Vũ khí hạt nhân đóng vai trò như một biện pháp ngăn chặn xung đột toàn cầu

- Một quốc gia sở hữu vũ khí hạt nhân sẽ khẳng định đấy là một quốc gia lớn mình về kinh tế, quân sự, công nghệ,… chẳng hạn như: Mỹ, Nga,… và chúng còn làm giảm nguy cơ đe dọa đối với lực lượng quân sự của các quốc gia đó

2 Nhược điểm:

* Hai quả bom nguyên tử mà Mỹ đã thả xuống 2 thành phố

Hi-rô-si-ma và Na-ga-sa-ki của cũng đã phần nào cho chúng ta biết sức công phá và tầm nguy hại của vũ khí hạt nhân đến nhường nào:

- Các vụ nổ vũ khí hạt nhân có liên quan trực tiếp đến sự phát triển ung thư do chất phóng xạ phát tán ra bên ngoài

- Vũ khí hạt nhân tàn phá môi trường nặng nề

- Một khi đã kích hoạt thì vũ khí hạt nhân gây con số thương vong về người là vô cùng lớn

- Việc sử dụng vũ khí hạt nhân tạo ra mối đe dọa khủng bố đáng kể

VI Biện pháp hòa bình:

• Hiệp ước không phổ biến vũ khí hạt nhân (Nuclear Non-proliferation Treaty – NPT)

- Được Đại hội đồng Liên Hợp

Quốc thông qua ngày 12/6/1968

Ngày 01/7/1968 tại các thành

phố Moskva, Washington, Luân

Đôn Hiệp ước được ký kết bởi

Liên Xô, Hoa Kỳ, Anh và 59

quốc gia khác Hiệp ước chính

thức có hiệu lực từ ngày

05/3/1970

- Tính đến tháng 8/2020 đã có 191 quốc gia có Việt Nam ký tham gia Hiệp ước này

• Hiệp ước cấm thử vũ khí hạt nhân một phần (Partial Test Ban Treaty – PTBT)

- Ngày 05/08/1963, Liên Xô, Mỹ và Anh đã ký ở Matxcơva Hiệp ước cấm thử vũ khí hạt nhân một phần (PTBT), cam kết sẽ không tiến hành các cuộc thử hạt nhân trong khí quyển, vũ trụ và dưới nước kể

từ ngày 10 tháng 10 năm 1963 Tính đến nay, có thêm 126 quốc gia khác đã trở thành thành viên của hiệp ước

• Hiệp ước cấm thử vũ khí hạt nhân toàn diện (Comprehensive Test Ban Treaty – CTBT)

- Được ký sau đó vào tháng 9/1996

nổ hạt nhân nào khác” ở bất kỳ đâu trên thế giới

- Việt Nam tham gia NPT vào ngày 14 tháng 06 năm 1981 và ký hiệp định thanh sát đầy đủ với IAEA vào năm 1990

- Tính đến 19/2/2021 đã có 170 quốc gia tham gia ký hiệp ước

Vì sao cần cấm hoàn toàn vũ khí hạt nhân? Những ảnh hưởng xấu của vũ khí hạt nhân đến thế giới?

- Vũ khí hạt nhân gây ra những hệ lụy tàn khốc: Cách đây 77 năm,

ngày 6 và 9/8/1945, Mỹ ném 2 quả bom nguyên tử xuống thành phố Hiroshima và Nagasaki khiến hơn 100.000 người thiệt mang ngay lập tức, khoảng 400.000 người chết sau đó do nhiễm phóng xạ

- Vũ khí hạt nhân không có tác dụng đối với các thách thức của toàn

cầu hiện nay: Bom nguyên tử không thể chống lại các mối đe dọa

chính của thời đại chúng ta hiện nay như biến đổi khí hậu, chủ nghĩa khủng bố hay các cuộc tấn công mạng,

2010-2020, chi phí cho phát triển vũ khí hạt nhân của các quốc gia này lên tới gần 1.000 tỷ USD Thay vì dành cho y tế, giáo dục, cuộc chiến chống biến đổi khí hậu,…

- Vũ khí hạt nhân là loại vũ khí hủy diệt hàng loạt duy nhất chưa thực

sự bị cấm trên thế giới nguy cơ tiềm ẩn vẫn còn rất lớn Số lượng vũ khí hạt nhân trên toàn thế giới giảm hơn 3/4 so với thời kỳ Chiến Tranh Lạnh bởi các hiệp ước nhưng triển vọng xóa bỏ hoàn toàn vũ khí hạt nhân vẫn còn xa vời Ước tính thế giới hiện còn khoảng 13.400 đầu đạn hạt nhân trên thế giới

- Việc sử dụng vũ khí hạt nhân tạo ra mối đe dọa khủng bố đáng kể

Nếu có vũ khí hạt nhân, thì sẽ luôn có nguy cơ chúng bị mất vào tay khủng bố Các tổ chức khủng bố giờ đây có thể tiếp cận dễ dàng hơn với các vật liệu và kiến thức cần thiết để chế tạo những vũ khí này

- Vũ khí hạt nhân tàn phá môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con

người Với việc hơn 2.000 vụ thử hạt nhân đã được diễn ra trong bầu

khí quyển, vùng đất xung quanh địa điểm thử nghiệm vẫn không thể

sử dụng được Bức xạ ion hóa là tác nhân gây ung thư tuyến giáp, ung thư vú, phổi và hầu hết các dạng bệnh bạch cầu ở người đã được khoa học chứng minh

- Sự phát triển của vũ khí hạt nhân tạo ra chất thải nguy hại Riêng ở

Mỹ, có hơn 14.000 tấn chất thải hạt nhân do sự hiện diện của vũ khí hạt nhân Chất thải nguy hại từ các hoạt động này vẫn được lưu giữ

trong gần 200 bể chứa, nơi mà sự rò rỉ vẫn có thể gây ra các vấn đề

sức khỏe cho người lao động

Kho vũ khí hạt nhân hiện nay có khả năng phá hủy toàn bộ thế giới Trong khi đó, quan hệ giữa các quốc gia sở hữu vũ khí hạt nhân căng thẳng cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ kích hoạt chiến tranh hạt nhân Đó

là chưa kể nguy cơ vũ khí hạt nhân có thể rơi vào tay các chủ thể phi nhà nước vô trách nhiệm Trong bối cảnh ấy, như khẳng định của Tổng thư ký Liên hợp quốc Antonio Guterres, “cách duy nhất để loại bỏ hoàn toàn nguy cơ hạt nhân là loại bỏ hoàn toàn vũ khí hạt nhân”