Nợ các bác nhiều "*" quá, em phải trả nợ dần thôi
Nhưng trước đó em cũng muốn 1 chút thế này
Ta ngoài lề chút, một ví dụ về việc wiki đánh lừa các bạn như thế nào. Đó là khi đọc về quả bom
Fat Man nó nói thế này:
The result was that in the Fat Man bomb, about 1 kilogram (2.2 lb) of the 6.2 kilograms (14 lb) of plutonium in the pit (about 17%) fissioned. In this process 1 gram (0.035 oz) of matter in the bomb was converted into the active energy of heat and radiation (see mass-energy equivalence for detail), releasing the energy equivalent of 21 kilotons of TNT or 88 terajoules.À hà, tính bom bằng Anhstanh vĩ đại đây! E=MC^2 đây. Thế mình hỏi các bạn trẻ: 17% Pu-239 biến mất không để lại cặn bã gì à? Vứt cái đồ thị bên trên đi à? Chuỗi phân rã hạt nhân đâu mà Anhstanh ở đây?
Thứ nhất em muốn nói với bác là kiến thức này em chưa từng dùng, ít nhất là trong khuôn khổ của VMH và cũng thấy nó không liên quan gì đến đoạn đang tranh luận.
Thứ hai, em không thấy có sự sai sót nào trong đoạn trích này:
Pu239 khi phân hạch tạo ra năng lượng 207.1 MeV = 3.318 × 10−11 J.
Năng lượng này có được là do hạt nhân Pu239 bị phá vỡ để tạo ra các nuclide trung bình (VD Ce, Kr...) và phát ra năng lượng, năng lượng đó bắt nguồn từ một phần năng lượng liên kết riêng giữa các nucleon của hạt nhân Pu239. Năng lượng liên kết cũng chính là nguyên nhân gây ra độ hụt khối của hạt nhân (delta m).
Mo là tổng khối lượng các nucleon trong hạt nhân, M là khối lượng hạt nhân.
Mo-M= delta m.
Theo công thức của Einstein. Ta có thể tính được độ hụt khối trong phản ứng phân hạch Pu 239
delta m x C^2 = 207.1 MeV
=> delta m = 207.1 MeV / C^2.
=> delta m = 3,687 x 10^-28 (kg)
Trong khi khối lượng của 1 nguyên tử Pu239 = (239 x mP + 94 x mE) – delta m
= 3,99 x 10^-25 (kg)
=> độ hụt khối trong phản ứng phân hạch Pu239 tương đương với khoảng gần 1 phần 1000 khối lượng nguyên tử.
Cũng có nghĩa là nếu có 1kg Pu239 phản ứng thì độ hụt khối sẽ là 1g.
=> năng lượng tỏa ra là 0,001 x C^2 = 90 Tera Jun.
Đó là lý thuyết tính toán. Năng lượng tạo ra ở mức lý tưởng.
Còn theo số liệu công bố thì trong quả Fat Man 17% khối lượng Pu239 phản ứng phân hạch thức tức (17% của 6,2 kg) là khoảng 1 kg Pu239 và năng lượng giải phóng ra là 21 KT = 88 Tera Jun.
Nghĩa là khá khớp với kết quả tính toán ở trên, hiệu suất thực tế thấp hơn một chút cũng là chuyện bình thường. Các hạt nhẹ hơn được tạo thành sau phản ứng.
Nói chung là các số liệu ở phần này của Wiki là hợp lý mà bác.
Có lẽ chúng ta nên tạm dừng các tranh luận ở đây.
Quay trở lại bài, đầu tiên em xin phép trình bày về một số thiết bị, phương pháp tạo ra phản ứng nhiệt hạch có điều khiển. Trước tiên là Tokamak. Bài còn nhiều sai sót, mong các bác cho thêm ý kiến hoàn thiện
TOKAMAK
Tokamak là một khái niệm có nguồn gốc từ tiếng Nga токамак, là viết tắt của từ "тороидальная камера смагнитными катушками" (toroidal'naya kamera s magnitnymi katushkami)- toroidal chamber with axial magnetic field. Có nghĩa là buồng từ hình phỏng xuyến. Để chỉ một thiết bị tổng hợp nhiệt hạch được phát triển lần đầu tiên tại Liên Xô vào những năm 1950 bởi 2 nhà vật lý Igor Tamm và Andrei Sakharov , lấy cảm hứng từ một ý tưởng ban đầu của Oleg Lavrentiev.
Một chút về lịch sử :
Mặc dù nàn sóng nghiên cứu về tổng hợp hạt nhân được tiến hành từ sau Đại chiến thế giới lần thứ II, tuy nhiên ban đầu đó là những chương trình thuộc dạng bí mật quốc gia.
Cho đến khi Hội nghị quốc tế của Liên Hiệp Quốc về sử dụng năng lượng nguyên tử cho mục đích hoà bình họp tại Geneva năm 1955 thì các chương trình này mới được công bố và các nhà khoa học thuộc các quốc gia khác nhau cũng được phép hợp tác với nhau. Đó là cơ hội tuyệt vời để gia tăng các hoạt động phát triển tokamak trên toàn Thế giới.
Năm 1951, nhà độc tài Argentina Juan Perun tuyên bố rằng nước ông ta đã có một nhà máy phản ứng nhiệt hạch hoạt động. Đây là một công trình của nhà vật lý Lyman Spitzer tại Princeton.
Cùng năm đó, các nhà vật lý của Liên Xô Andrei Sakharov và Igor Tamm thiết kế ra một thiết bị tổng hợp hạt nhân sau này sẽ được gọi là tokamak.
Ở Anh cũng có một vài nghiên cứu được công bố nhưng sau thì các kết quả đều bị rút lại.
Và cuối cùng lịch sử đã chứng minh, chỉ có những tuyên bố của người
Nga là có cơ sở.
Theo những tài liệu bên giáo sư V.P. Smirnov viện trưởng viện Kurchatov
Năm 1951, tại Viện Kurchatov, những thử nghiệm về các tổ hợp từ hình xuyến tạo ra plasma được bắt đầu. Đây có thể coi là một phần của chương trình phát triển vũ khí nhiệt hạch của Liên Xô vì Tamm cũng như học trò cũ của ông Sakharov vào thời điểm đó là người của Arzamas-16. Có lẽ những người làm nguyên tử đặc biệt là những đã từng đi Nga đều biết đến định danh này. Thời đó người ta có câu: “Mỹ có Los Alamos, Liên Xô có Arzamas-16”.
Sakharov lúc đó đã tính toán trên lý thuyết về một lò phản ứng nhiệt hạch nhân với nguyên liệu D-D. Công suất 900MW, bán kính lớn: 12 m, bán kính nhỏ 2m, từ trường 5 Tesla (T) (Phải hiểu là từ trường của Trái đất chỉ 0,00005 Tesla.), mật độ plasma: 3 × 10^20 m^-3,
nhiệt độ ion 100 keV.
Trên thực tế thì những buồng hình xuyến đầu tiên được xây dựng có chất liệu sứ, gốm hoặc kim loại có lớp ốp cách nhiệt. Cái lớn nhất của loại này (loại TMP) có đường kính ngoài R=0,8 m đường kính trong a= 0,13 m. Từ trường B= 1,5T, cường độ dòng điện I=0,25 MA.
Nó đã khá gần với thiết kế của Tokamak thực thụ đầu tiên mang tên T-1. T-1 có một điểm khác chính mà được duy trì tới các Tokamak sau này là buồng hình xuyến của nó làm hoàn toàn bằng kim loại, không ốp lớp cách nhiệt. R= 0,67m, a= 0,17m, B= 1,5T, I= 100KA. Nó hoạt động thành công vào năm 1958. Năm nay là vừa tròn 55 năm.
Hình ảnh Tokamak trên một con tem Soviet
Tiếp nối thành công Liên Xô xây dựng các Tokamak đời tiếp theo, chúng ngày càng lớn và hoàn thiệt hơn. Tokamak cuối cùng , lớn nhất mạnh nhất của Soviet là Superconducting Tokamak T-15 (thời 1987,1988), R= 2,43m, a= 0,42m, B= 3,5T, I=1MA. Đây cũng là Tokamak lớn nhất của Nga, hiện tại nó vẫn đang được nâng cấp lên công suất 20MW cho những kế hoạch đến 2022 . T-15 ứng dụng nhiều công nghệ mới, đặc biệt là Tokamak đầu tiên sử dụng nam châm siêu dẫn.
Có 1 cái vụ mà bác DanViet đã nhắc đến: Năm 1968, tại Hội nghị quốc tế của IAEA (Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế) về vật lý plasma và nghiên cứu tổng hợp hạt nhân có điều khiển tổ chức tại Novosibirsk (Nga), các nhà khoa học Nga công bố họ đã đạt được nhiệt độ electron trên 1 keV (tương đương với trên 11 triệu độ Kelvin). Điều này khiến các khoa học gia Anh và Mỹ hết sức sửng sốt bởi vì họ còn xa mới đạt được kết quả này. Chỉ đến khi các thử nghiệm bằng tán xạ laser được thực hiện sau đó vài năm, khẳng định các phép đo nhiệt độ ban đầu thì họ mới hết nghi ngờ.
Đặc trưng của tokamak là tính đối xứng quay (hay đối xứng phương vị)
Trong một Tokamak, các hạt tích điện tạo nên Plasma nóng được giữ bởi một cấu trúc từ trường có dạng hình xuyến (toroidal).
Tại sao lại chon hình xuyến thì các sách báo nói nhiều rồi:
Hình dạng đặc biệt của lò phản ứng nhiệt hạch nhằm tạo ra từ trường càng đều
càng tốt. Hình xuyến có tính chất hình học mà các hình dạng khác, như hình cầu chẳng hạn, không có. Vấn đề ở đề liên quan tới định lý “hairy ball”. Tưởng tượng một hình cầu có tóc mọc xung quanh, tương tự như con đường từ trường / đường sức từ (magnetic field lines) trong lò phản ứng hợp hạch. Người ta thấy rằng không thể chải tóc trên quả cầu mà không làm cho tóc dựng đứng lên / mắc vào nhau (stick up). Hiện tượng này (A strand of hair that is standing on end) tạo ra sự bất ổn trong lò phản ứng. Một hình xuyến “có tóc” giải quyết được vấn đề này, giúp cho việc điều chỉnh từ trường tránhh các trường hợp sai quy luật, cho phép từ trường chứa plasma tốt hơn.
Trong vật lý, từ trường là một thực thể được sản sinh do các vật mang điện (các dòng điện) di động sử dụng lực trên các vật mang điện di động khác. Sự xoắn theo cơ chế lượng tử (quantum-mechanical spin) của một hạt tạo ra từ trường và bị từ trường này tác động như thể nó là một dòng điện (acted on by them as though it were a current).
Như vậy, một tokamak bao gồm nhiều bộ phận khác nhau như : Buồng chứa plasma, hệ thống tạo từ trường, khoang chứa Deuterium, khoang chứa Lithium , hệ thống Divertor trích lọc nhiệt năng từ phản ứng nhiệt hạch .......
Bộ phận quan trọng nhất của tokamak là hệ thống tạo từ trường. Hệ thống này gồm hai phần chính :
+ Hệ thống tạo từ trường toroidal : từ trường dọc bên trong thành ống.
+ Hệ thống tạo từ trường poloidal : tạo từ trường vòng
+ Ở giữa vòng xuyến là cuộn CS(Ohmic heating magnet)
Dòng plasma chuyển động trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực Lorentz.
Lực này làm cho hạt chuyển động xoắn ốc quanh các đường sức của từ trường và tác dụng vào plasma không cho chúng chạm vào thành bình. Tokamak có một hệ thống các cuộn trường hình phỏng xuyến (toroidal field coils) và tổ hợp các trường đó sẽ cho ra trường giữ xoắn ốc (helical magnetic field) .
Nhưng nếu cứ để như vậy dòng hạt sẽ đập vào điểm kết thúc của từ trường do đó quỹ đạo của hạt bị hạn chế. Để giải quyết vấn đề này Tokamak sử dụng một hệ thống từ trường cong bên dọc thành ống hình xuyến ( Poloidal magnetic field) tạo ra bởi cuộn Poloidal (poloidal field coils) do đó sẽ không có điểm kết thúc của từ trường, quỹ đạo của hạt không còn bị hạn chế. Thêm vào đó từ trường Poloidal được tạo ra bởi dòng plasma thật sự cần thiết cho sự cân bằng từ thủy động lực học (MHD).Dòng điện tạo ra từ trường trong trường Poloidal được cảm ứng trong chính Plasma và cũng được dùng để đốt nóng nó Như vậy từ trường bên trong tokamak có dạng
Để bắt đầu quá trình, hydrogen được phun vào buồng chân không và dòng điện trong các cuộn toridal được tăng lên tạo ra từ trường ổn định, có thể chứa plasma khi nó bắt đầu hình thành.Sau đó một điện trường cực lớn được tạo ra bên trong buồng phản ứng bằng cách sử dụng các cuộn CS. Từ trường này tạo ra sự phân cực trong nguyên tử và tách chúng ra tạo thành plasma .Sự va chạm của các ion bên trong plasma làm cho nó có điện trở. Điện trở này sẽ đốt nóng plasma (bằng cuộn CS). Khi nhiệt độ tăng, giá trị điện trở cũng tăng theo và làm cho cuộn CS mất đi tác dụng đốt nóng. Để tạo nhiệt độ cần thiết cho phản ứng nhiệt hạch, nhiệt độ phải tăng trên 100 triệu độ, tức gấp 6 lần nhiệt độ bên trong tâm Mặt trời. Có nhiều cách để tạo nên nhiệt đó đó như: bắn một chùm hạt được gia tốc vào trong plasma, sử dụng tần số radio … Một khoảng thời gian ngắn sau khi hình thành plasma, nhiên liệu sẽ được phun thêm vào buồng phản ứng để gia tăng mật độ cũng như áp suất. Chuyển động của plasma bên trong buồng phản ứng được điều khiển bởi các cuộn PF, dòng điện trong các cuộn này sẽ tương tác với dòng plasma. Chúng có tác dụng điều chỉnh hướng, hình dạng cũng như vị trí của plasma.
Cũng cần lưu ý rằng, trong việc điều khiển vị trí , hướng , hình dạng của plasma việc sự dụng sự tương tác phản hồi (feelback) không phải là sự lựa chọn duy nhất...
