Lò phản ứng Phân hạch Hạt nhân

Giới thiệu mô phỏng này

Lò phản ứng Phân hạch Hạt nhân là mô phỏng 3D dạng mặt cắt của tâm lò phản ứng hạt nhân neutron nhiệt. Chín bó nhiên liệu Uranium-235 đặt đứng bên trong bể nước làm chậm phát ánh sáng Cherenkov trong khi cụm thanh điều khiển Boron-10 bốn nhánh hạ xuống từ phía trên. Các neutron nhanh màu vàng sinh ra từ phản ứng phân hạch va chạm trong nước làm chậm, giảm tốc thành các neutron nhiệt màu lam nhạt rồi bắn vào các thanh nhiên liệu U-235 để tách hạt nhân thành các mảnh hạt nhân con Barium-141 và Krypton-92. Học sinh kéo cụm thanh điều khiển hoặc điều chỉnh độ làm giàu U-235 và mật độ chất làm chậm để điều khiển lò phản ứng giữa các chế độ Dưới tới hạn (k_eff nhỏ hơn 1), Tới hạn (k_eff = 1.00) và Trên tới hạn (k_eff lớn hơn 1).

Học sinh có thể khám phá điều gì

Kéo cụm thanh điều khiển Boron màu cam hơi nhích lên trên để giảm mức hạ xuống dưới 45% và quan sát k_eff vượt lên trên 1.00 khi mật độ neutron và công suất nhiệt tăng lên.
Nhấn nút SCRAM để thả toàn bộ các thanh điều khiển Boron xuống mức 100% và quan sát sự hấp thụ neutron đưa lò phản ứng về trạng thái dừng dưới tới hạn an toàn.
Bật Giữ k_eff = 1.00, thay đổi Độ làm giàu U-235 hoặc Mật độ nước làm chậm, và xem cách các thanh điều khiển tự động dịch chuyển vị trí để duy trì công suất tới hạn ổn định.
Nhấp vào bất kỳ thanh nhiên liệu U-235 màu lục nào để phóng một chùm neutron mồi và quan sát các hạt nhân con Ba-141 màu lục và Kr-92 màu hồng bay tách ra.
Giảm Mật độ nước làm chậm xuống 40% và chú ý cách k_eff giảm xuống ngay cả khi đã rút các thanh điều khiển lên, minh họa vì sao lò phản ứng nước áp lực không thể duy trì phản ứng dây chuyền nếu nước làm mát bị sôi cạn.

Mục tiêu học tập

1Mô tả phản ứng phân hạch hạt nhân của Uranium-235 do neutron nhiệt gây ra và xác định các sản phẩm của nó (hạt nhân con, neutron nhanh và nhiệt năng).
2Định nghĩa hệ số nhân neutron hiệu dụng k_eff và phân biệt các trạng thái lò phản ứng dưới tới hạn, tới hạn và trên tới hạn.
3Giải thích vai trò riêng biệt của nước làm chậm (giảm tốc các neutron nhanh) và các thanh điều khiển Boron (hấp thụ neutron dư thừa).
4Giải thích vì sao sự suy giảm mật độ nước làm chậm lại mang đến cơ chế an toàn độ phản ứng âm tự nhiên trong các lò phản ứng nước nhẹ.

Câu hỏi giáo viên thường đặt ra

Hệ số k_eff = 1.00 (tới hạn) có ý nghĩa gì trong lò phản ứng hạt nhân?

Hệ số nhân k_eff là số neutron trung bình sinh ra từ một phản ứng phân hạch tiếp tục gây ra một phản ứng phân hạch khác. Khi k_eff = 1.00, trung bình mỗi phân hạch kích hoạt đúng một phân hạch mới, giữ cho số lượng neutron và công suất nhiệt của lò phản ứng ổn định.

Vì sao lò phản ứng hạt nhân cần chất làm chậm như nước?

Các neutron phân hạch mới phát ra chuyển động rất nhanh (~20,000 km/s), ở tốc độ này Uranium-235 có xác suất bắt giữ chúng rất nhỏ. Các va chạm với hạt nhân nguyên tử hydrogen nhẹ trong nước làm chúng giảm tốc xuống tốc độ nhiệt (~2 km/s), làm tăng xác suất phân hạch U-235 lên hàng trăm lần.

Các thanh điều khiển Boron-10 hoặc Cadmium điều chỉnh công suất lò phản ứng bằng cách nào?

Hạt nhân Boron-10 và Cadmium có tiết diện hấp thụ neutron rất lớn mà không xảy ra phân hạch. Hạ các thanh điều khiển sâu hơn vào tâm lò sẽ hút bớt các neutron tự do và làm giảm k_eff; rút nhẹ chúng lên sẽ cho phép công suất tăng lên.

SCRAM có nghĩa là gì trong nhà máy điện hạt nhân?

SCRAM là quy trình dừng lò khẩn cấp tốc độ cao, trong đó toàn bộ các cụm thanh điều khiển được đẩy hoặc thả hoàn toàn (100%) vào tâm lò phản ứng trong vài giây, ngay lập tức làm k_eff nhỏ hơn 1 rất nhiều và chấm dứt phản ứng dây chuyền phân hạch.

Nhúng mô phỏng này

Đặt vào hệ thống học tập, blog hoặc trang lớp của bạn — miễn phí.

<iframe src="https://kiwibee.io/vn/simulations/nuclear-fission-reactor-3d-simulation/embed" title="Lò phản ứng Phân hạch Hạt nhân | KiwiBee" loading="lazy" allowfullscreen style="width:100%;height:min(70vh,620px);min-height:420px;border:0;border-radius:16px"></iframe>

Tiếp tục khám phá

Explore an adult male reference body in 3D. Reveal 14 anatomical systems, search thousands of named structures, isolate organs, and pull 2,209 modeled pieces apart to see how the body is organized.

—

Ảnh xem trước của Oral & Maxillofacial Atlas

Explore the head and neck in 3D: 643 source meshes across 14 layers, 47 facial and masticatory muscles, and 77 drawn nerves, vessels and glands the source scan omits. Open any tooth onto its own pulp canal, and follow the seven stages of tooth development.

—