Giáo dục Môi trường Trong các bài Vật Lý

- Nêu đợc các đặc điểm của phản ứng hạt nhân tỏa năng lợng và thu năng lợng và viết đợc biểu thức tính năng lợng phản ứng.. - Xác định đợc năng lợng trong phản ứng hạt nhân và dạng của n

Trờng thpt y jut BàI S OẠN: phản ứng hạt nhân

Ngời soạn: Phạm Bá Bộ Ban nâng cao Vật lí 12

I Mục tiêu.

1 Kiến thức:

- Nêu đợc định nghĩa phản ứng hạt nhân và sơ đồ phản ứng

- Nêu đợc các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

- Nêu đợc các đặc điểm của phản ứng hạt nhân tỏa năng lợng và thu năng lợng và viết đợc biểu thức tính năng lợng phản ứng

- Nêu khái niệm về phản ứng nhiệt hạch và phân hạch

2 Kỹ năng.

- Vận dụng đợc các định luật bảo toàn vào hiện tợng phóng xạ và các phản ứng hạt nhân để viết đợc phơng trình

- Biết cách xác định hạt nhân trong các phản ứng hạt nhân

- Xác định đợc năng lợng trong phản ứng hạt nhân và dạng của năng lợng ấy

3 Thái độ: Nghiêm túc, thận trọng trong nghiên cứu; Giáo dục kĩ thuật tổng hợp, lòng say mê, yêu

thích môn học; Trách nhiệm bảo vệ môi trờng

II Chuẩn bị cho bài giảng.

1 Giáo viên:

- Xem SGK môn Hóa học 10 để tham khảo kiến thức liên hệ môn

- Nghiên cứu tái liệu vật lý đại cơng về phản ứng hạt nhân

- Bảng hệ thống tuần hoàn, phiếu học tập theo nội dung bài học

- Su tầm tranh ảnh, t liệu về phản ứng hạt nhân và các tác động môi trờng của nó

2 Học sinh:

- Ôn lại: Cấu tạo nguyên tử, hiện tợng phóng xạ, phản ứng hạt nhân, năng lợng liên kết và công thức Anhxtanh giữa năng lợng với khối lợng

III Tiến trình dạy học

1 Kiến thức:

- Các qui tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ

- Năng lợng trong phản ứng hạt nhân

2 Sơ đồ lô gíc xây dựng kiến thức.

sơ đồ logic xây dựng đơn vị kiến thức:

4 năng lợng trong phản ứng hạt nhân

Trong phản ứng hạt nhân, chuyển hóa năng l ợng diễn ra nh thế nào?

Có tận dụng đ ợc năng l ợng đó không?

A + B  C + D M

0 = m

A + m

B

M = m

C + m

D

M < M

0

Phản ứng tự xảy ra và tỏa ra

năng l ợng: Q = (M

0 - M)C2 Năng l ợng đó có dạng động

năng của hạt C, D hoặc năng

l ợng của 

M > M

0

Phản ứng không tự xảy ra cần phải cung cấp năng l ợng:

W = (M

0 - M)C2 + E

d

Năng l ợng đó có dạng động năng của hạt A bằn phá B

M < M

0 Phản ứng hạt nhân tỏa ra

năng l ợng gọi là năng l

ợng hạt nhân

M > M

0 Cần cung cấp cho các hạt tham gia phản ứng một năng l ợng dạng động năng ban đầu của các hạt

Sử dụng năng l ợng hạt nhân:

SX điện năng Năng l ợng nhiệt,…

- Tàu phá băng

GDMT: Năng l ợng hạt nhân và bảo vệ môi tr ờng

1 Hoạt động dạy học

(Học viên nghiên cứu SGK và biên soạn)

IV T liệu phục vụ GDMT

( T liêu này có thể sử dụng khi dạy các nội dung: Hiện tợng phóng xạ, đồng vị phóng xạ và năng lợng hạt nhân)

Phúng xạ

Phúng xạ là hiện tượng một số hạt nhõn nguyờn tử khụng bền tự biến đổi và phỏt ra cỏc bức xạ hạt nhõn (thường được gọi là cỏc tia phúng xạ) Cỏc nguyờn tử cú tớnh phúng xạ gọi là cỏc

đồng vị phúng xạ, cũn cỏc nguyờn tử khụng phúng xạ gọi là cỏc đồng vị bền Cỏc nguyờn tố húa học chỉ gồm cỏc đồng vị phúng xạ (khụng cú đồng vị bền) gọi là nguyờn tố phúng xạ

Tia phúng xạ cú thể là chựm cỏc hạt mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang

điện õm như chựm electron (phúng xạ beta); khụng mang điện như hạt nơtron, tia gamma (cú bản chất giống như ỏnh sỏng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều) Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhõn

nguyờn tử, thường được gọi là sự phõn ró phúng xạ hay phõn ró hạt nhõn.

Sự phúng xạ tự nhiờn

Năm 1896, nhà vật lý người PhỏpHenri Becquerel và sau đú là ụng bà Pierre Curie và Marie Curie phỏt hiện ra rằng cỏc hợp chất của uranium cú khả năng tự phỏt ra những tia khụng khụng nhỡn thấy được, cú thể xuyờn qua những vật mà tia sỏng thường khụng đi qua được gọi là cỏc tia phúng xạ Dưới tỏc dụng của điện trường tia phúng xạ bị tỏch làm 3 tia:

 Tia anpha lệch về phớa cực õm của điện trường, gồm cỏc hạt anpha mang điện tớch dương (gấp 2 lần điện tớch của proton), cú khối lượng bằng khối lượng của nguyờn tử heli

 Tia beta lệch về phớa cực dương của điện trường gồm cỏc hạt electron

 Tia gamma khụng lệch về cực nào của điện trường, cú bản chất như tia sỏng

Tia phóng xạ

Tia phóng xạ theo nghĩa gốc là các dòng hạt chuyển động nhanh phóng ra từ các chất

phóng xạ (các chất chứa các hạt nhân nguyên tử không ở trạng thái cân bằng bền) Các hạt phóng

ra có thể chuyển động thành dòng định hướng

Có nhiều loại dòng hạt phát ra từ các chất phóng xạ Cụ thể:

Tia alpha: gồm các hạt alpha có điện tích gấp đôi điện tích proton, tốc độ của tia là khoảng 20.000 km/s

Tia beta: gồm các electron tự do, tương tự tia âm cực nhưng được phóng ra với vận tốc lớn hơn nhiều, khoảng 100.000 km/s

Tia gamma: là dòng các hạt photon, không mang điện tích, có bản chất gần giống ánh sáng nhưng bước sóng nhỏ hơn, chuyển động với tốc độ ánh sáng

Dòng các neutron không có điện tích

Dòng các hạt neutrino không có điện tích, chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng (phát

ra cùng với các hạt beta trong phân rã beta)

Ngoài sự phân rã tự nhiên của các chất phóng xạ, tia phóng xạ cũng còn được quan sát từ các nguồn khác như các lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc hay va chạm của các tia vũ trụ trong khí quyển Trái Đất Các lò phản ứng hạt nhân có thể tạo ra dòng hạt neutron mạnh Các máy gia tốc có thể sinh ra dòng các hạt tổ hợp có khối lượng cao hơn Còn tia vũ trụ có thể sản sinh muon và

meson Thuật ngữ tia phóng xạ cũng có thể mở rộng, để bao gồm các dòng hạt chuyển động

nhanh phát ra từ các nguồn này

INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/common

s/thumb/d/d6/Alfa_beta_gamma_radiation.svg/200px-Alfa_beta_gam

ma_radiation.svg.png" \* MERGEFORMATINET

Dòng tia alpha có thể dễ dàng chặn lại bởi một tờ giấy; tia beta cần miếng

kim loại để chặn; còn tia gamma cần một khối vật chất có mật độ dày đặc

chặn lại

Tương tỏc với vật chất

Cỏc hạt alpha cú thể dễ dàng chặn lại bởi một tờ giấy Tia beta cần miếng kim loại để chặn Trong khi đú, dũng tia gamma cú khả năng xuyờn qua vật chất cao; cần một khối vật chất cú mật độ dày đặc chặn lại

Cỏc hạt neutrino hầu như khụng tương tỏc với vật chất và cú thể xuyờn qua tất cả và đi ra ngoài vũ trụ

nguy cơ từ những ngôi nhà kín

Theo Báo Giáo dục & thời đại

Số 113, ngày 20 / 09/2003

* Vì sao nhà kín nguy hiểm ?

Trong lợng chất phóng xạ mà con ngời nhận vào cơ thể thì 65% là phóng xạ tự nhiên, trong đó khí rađôn chiếm tới 47% Mặt khác, khi phân rã, rađôn phóng ra một lợng phóng xạ dới dạng các hạt alpha mà nếu cùng hít một lợng nh nhau thì các hạt alpha sẽ gây tổn thơng về mặt sinh học gấp

20 lần các hạt khác (nh hạt bêta, tia gama, tia X) Và nh thế, nếu nồng độ khí rađôn trong không khí càng cao và thời gian chúng ta hít thở bầu không khí chứa rađôn càng dài thì nguy cơ bị ung th phổi càng lớn Cơ chế gây ra ung th phổi là : Khi chúng ta hít phải khí rađôn và các hạt nhân con của nó, một số phân rã phóng xạ sẽ xảy ra ở trong phổi của chúng ta Các hạt alpha đ ợc sinh ra có thể gây tổn hại đến mô của phổi, phá huỷ các DNA, tức làm biến đổi các gene sản xuất ra tế bảo phổi, từ đó dẫn đến ung th phổi

Theo nghiên cứu của Ban an toàn bức xạ và Hạt nhân - Bộ Khoa học & Công nghệ, trong những ngôi nhà kín, nồng độ khí rađôn cao gấp nhiều lần so với không khí ngoài trời Bình thờng, nồng độ rađôn trong không khí khoảng 10 Bq/m3, nghĩa là nếu ta tập hợp một trăm triệu triệu triệu (1020) phân tử không khí (khoảng một thìa càphê đầy) mới có thể tìm thấy khoảng 10 nguyên

tử rađôn trong đó Còn trong nhà, nồng độ rađôn có thể từ 20 lên tới 10.000 Bq/m3, thậm chí còn cao hơn nữa do hiệu ứng "bẫy rađôn" Với những ngôi nhà "hộp" xuất hiện ngày càng nhiều ở các

đô thị nh hiện nay, cộng thêm với việc sử dụng điều hoà không khí trở nên phổ biến thì không khí trong các căn phòng càng khó lu thông, đặc biệt việc hút thuốc lá trong phòng kín là điều kiện để nồng độ rađôn tăng cao Nồng độ khí rađôn trong nhà cao còn do nhà đợc xây từ vật liệu lấy từ nguồn có chất phóng xạ, hoặc xây trên nền đất có nguồn phóng xạ Nhiều nớc đã khuyến cáo rằng, nồng độ rađôn trung bình hàng năm trong một ngôi nhà không nên vợt quá 200 Bq/m3 (mức can thiệp)

* Có hay không nguy cơ từ khí rađôn ?

Tuy nhiên, nếu bình thờng, nồng độ khí rađôn ở trong nhà cha đủ để gây nguy cơ ung th phổi cho con ngời Bởi nếu sống trong không khí có nồng độ rađôn khoảng 150 Bq/m3 trong một năm thì có khoảng 28 ngời chết vì ung th phổi trên 1 triệu dân Vậy nếu sống trong một ngôi nhà có nồng độ rađôn khoảng 20Bq/m3 trong 1 năm, nguy cơ bị chết vì ung th phổi chỉ khoảng 4/1.000.000 Theo một cuộc điều tra do Ban an toàn bức xạ và hạt nhân - Bộ Khoa học & Công nghệ và Trung tâm kỹ thuật An toàn bức xạ và Môi trờng - Viện khoa học kỹ thuật hạt nhân tiến hành với 300 nhà dân ở HN năm 1995, nồng độ khí rađôn trong nhà trung bình khoảng 27 Bq/m3, chỉ có 1- 2 nhà có nồng độ rađôn cao hơn mức bình thờng : khoảng 130-140 Bq/m3 do những ngôi nhà làm bằng gạch xỉ than Một điều tra khác do Cục Địa chất tiến hành cho thấy một số nơi ở nớc

ta có nồng độ rađôn cao bất thờng nh ở thị trấn Triệu Phong - Đông Hà - Quảng Trị có nồng độ rađôn 171-249 Bq/m3 do trong vật liệu xây dựng có chứa phóng xạ cao ; nồng độ rađôn ở công ty khai thác khoáng sản Thừa Thiên Huế là 137-145 Bq/m3 do ở đây dùng đất thải của xởng tuyển

sa khoáng để đắp nền, một số nhà dân, quán nớc khu vực bãi tắm Hội An có nồng độ rađôn khoảng

155 Bq/m3 do nền nhà dùng cát chứa sa khoáng có nhiều phóng xạ…

Tuy nhiên, theo ông Nguyễn Hào Quang Trung tâm kỹ thuật An toàn bức xạ và Môi tr ờng -Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân, nồng độ rađôn trong nhà ở các thành phố lớn hơn trong những năm gần đây chắc chắn sẽ tăng lên đáng kể do sự xuất hiện ngày càng nhiều của kiểu nhà hộp, kín cổng cao tờng, xây trên diện tích chật hẹp, những ngôi nhà luôn luôn đóng kín vì sử dụng điều hoà Trong khi đó, Việt Nam hiện nay lại cha hề chú ý đến nguy cơ tiềm ẩn của khí rađôn

Không chỉ có nguy cơ từ những ngôi nhà kín, không thông thoáng mà nguy cơ từ việc sử dụng nguồn nớc cha qua xử lý cũng rất cao (trong khi ở vùng sâu, vùng xa nớc ta, ở những nơi thiếu nớc sinh hoạt thì điều này rất dễ xảy ra) mà chỉ cần áp dụng cách xử lý đơn giản nhất, lợng rađôn trong nớc đã có thể giảm tới 90-95% Đo nồng độ rađôn trong suối nớc khoáng ở Thanh Thuỷ (Phú Thọ) thấy nồng độ này trong nớc lên tới 100.000-130.000 Bq/m3 ( thông thờng nồng độ rađôn trong nguồn nớc khoảng 4.000-5.000 Bq/m3) Tuy vậy, khi đánh giá nguồn nớc hiện chúng ta mới chỉ chú ý đến nồng độ rađium (đợc coi là "mẹ" của khí rađôn)

* làm thế nào để giảm nộng độ khí rađôn ?

Ông Đặng Thanh Lơng - Ban An toàn bức xạ và hạt nhân - Bộ Khoa học và Công nghệ cho biết: Hầu hết các ngôi nhà có nồng độ rađôn cao thì phần lớn lợng rađôn đều phát ra từ nền nhà Vì vậy một phơng pháp để giảm mức rađôn trong nhà là tăng cờng thông gió cho không gian dới nền nhà Điều đó có thể thực hiện bằng cách mở rộng các ô thông gió trên các bức tờng, nh thế sẽ cho phép sự dịch chuyển không khí tự nhiên đợc dễ dàng (trong trờng hợp các tờng chịu lực thì phải tuân theo các qui phạm xây dựng thích hợp) Những ngôi nhà đợc xây dựng trên các tấm sàn bêtông cần có nhiều cửa sổ thông gió, trong nhiều trờng hợp phải sử dụng thông gió cỡng bức (cần biện pháp cải tạo riêng và phù hợp) Bên cạnh đó, việc lựa chọn vật liệu xây dựng cũng rất quan trọng vì nếu sử dụng vật liệu xây dựng (đất, đá, cát…) lấy từ nguồn có chất phóng xạ, không qua kiểm định thì nồng độ rađôn trong nhà chắc chẵn sẽ rất cao Đặc biệt nhà càng kín (nh những ngôi nhà sử dụng điều hoà không khí), lại thêm hút thuốc ở trong nhà thì nguy cơ bị ung th phổi của những ngời sống trong căn nhà đó sẽ tăng lên rõ rệt

Sống trong một ngôi nhà gỗ hoặc một ngôi nhà đợc xây dựng trên các cột (nhà sàn) đợc thông gió tốt, chúng ta sẽ không phải lo lắng về ảnh hởng của khí rađôn đối với sức khoẻ

Nhà mỏy điện nguyờn tử

Nhà mỏy điện nguyờn tử hay nhà mỏy điện hạt nhõn là một nhà mỏy tạo ra điện năng ở quy mụ

cụng nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhõn

Cỏc loại mỏy điện nguyờn tử phổ biến hiện nay thực tế là nhà mỏy nhiệt điện, chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phõn hủy hạt nhõn thành điện năng Đa số thực hiện phản ứng dõy chuyền cú điều khiển trong lũ phản ứng nguyờn tử phõn hủy hạt nhõn với nguyờn liệu ban đầu là

đồng vị Uran 235 và sản phẩm thu được sau phản ứng thường là Pluton, cỏc neutron và năng lượng nhiệt rất lớn Nhiệt lượng này, theo hệ thống làm mỏt khộp kớn (để trỏnh tia phúng xạ rũ rỉ ra

ngoài) qua các máy trao đổi nhiệt, đun sôi nước, tạo ra hơi nước ở áp suất cao làm quay các

turbine hơi nước, và do đó quay máy phát điện, sinh ra điện năng