Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani ${}_{92}{}^{235}\mathrm{U}$ , năng lượng trung bình tỏa ra trong mỗi phân hạch là E = 200 MeV. Biết số Avôgađrô $N_{A }= 6,022.{10}^{23 }mo{l}^{-1}$. Một nhà máy điện nguyên tử có công suất 5000 MW, hiệu suất 25%, lượng nhiên liệu urani nhà máy tiêu thụ hàng năm là

1. Cơ chế của phản ứng phân hạch

a. Phản ứng phân hạch

+ Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn.

+ Ta chỉ quan tâm đến các phản ứng phân hạch kích thích vì phản ứng phân hạch tự phát xảy ra với xác suất rất nhỏ.

b. Phản ứng phân hạch kích thích

- Chỉ xét các phản ứng phân hạch của các hạt nhân: ${}_{92}^{235}U;{}_{92}^{238}U;{}_{94}^{239}Pu.$

 $n+X\underset{}{\overset{}{\to }}{X}^{*}\underset{}{\overset{}{\to }}Y+Z+kn\left(k=\mathrm{1,2,3}\right)$

- Quá trình phân hạch của X là không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X*.

2. Năng lượng phân hạch

 Xét các phản ứng phân hạch: ${}_0^{1}n{+}_{92}^{235}U{\to }_{92}^{236}U*{\to }_{39}^{95}Y{+}_{53}^{138}I+3_0^{1}n;$

a. Phản ứng phân hạch toả năng lượng

- Phản ứng phân hạch${}_{92}^{235}U$ là phản ứng phân hạch toả năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng phân hạch.

- Mỗi phân hạch${}_{92}^{235}U$ tỏa năng lượng 200 MeV.

b. Phản ứng phân hạch dây chuyền

- Giả sử sau mỗi phân hạch có k nơtrôn được giải phóng đến kích thích các hạt nhân${}_{92}^{235}U$ tạo nên những phân hạch mới.

- Sau n lần phân hạch, số nơtrôn giải phóng là kⁿ và kích thích kⁿ phân hạch mới.

+ Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh.

+ Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra không đổi.

+ Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra tăng nhanh, có thể gây bùng nổ.

- Khối lượng tới hạn của${}_{92}^{235}U$ vào cỡ 15 kg,${}_{94}^{239}Pu$ vào cỡ 5 kg.

c. Phản ứng phân hạch có điều khiển

- Được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k = 1.

- Để đảm bào cho k = 1, người ta dùng thanh điều khiển có chứa Bo hay Cadimi. Các chất Bo hay Cadimi có tác dụng hấp thụ nơtron nên khi số nơron tăng quá nhiều người ta cho các thanh điều khiển ngập sâu vào trong lò để hấp thụ số notron thừa.

- Năng lượng toả ra không đổi theo thời gian.