Khi bạn nhắc tới cụm từ “điện hạt nhân” nhiều người sẽ nghĩ ngay tới đây là nguồn điện áp dụng công nghệ cao. Nó nguy hiểm, tốn kém, nó chứa chất phóng xạ và là nguồn năng lượng của tương lai. Có nhiều ý kiến trái chiều nói về việc có nên sử dụng điện hạt nhân hay không. Bên cạnh những lợi ích khổng lồ mà nó mang lại, việc sản xuất loại năng lượng này cũng mang tới nhiều rủi ro và tai nạn khủng khiếp khiến cho nhiều quốc gia đã và đang sử dụng điện hạt nhân cân nhắc. Trong chúng ta, chắc nhiều đã quá quen với cụm từ “điện nguyên tử” nhưng nó là gì? Nó có những đặc điểm của việc sản xuất cũng như sử dụng loại năng lượng này thì không phải là ai cũng biết. Bài viết sau đây, EvnBamBo sẽ giúp bạn tìm hiểu về loại năng lượng này!
Khái niệm về năng lượng hạt nhân
Năng lượng hạt nhân hay còn gọi là năng lượng nguyên tử. Đây là 1 loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát. Phương pháp duy nhất tách năng lượng từ nguyên tử hạt nhân đó là phân hạch hạt nhân. Mặc dù các phương pháp khác có thể gồm tổng hợp hạt nhất và phân rã phóng xạ. Tất cả các lò phản ứng cho dù có nhiều kích thước hay mục đích sử dụng khác nhau,đều sử dụng nước để nung nóng rồi tao ra hơi nước sau đó được chuyển hóa thành cơ năng để phát điện hoặc tạo lực đẩy. Năm 2007, 14% lượng điện trên thế giới dã được sản xuất từ năng lượng hạt nhân. Có hơn 150 tàu chạy bằng năng lượng hạt nhân và 1 vài tên lửa đồng vị phóng xạ đã được sản xuất.
Nguồn gốc của năng lượng hạt nhân
Phản ứng phân hạch hạt nhân đã được Enrico Fermi thực hiện thành công vào năm 1934 khi nhóm của ông đã sử dụng nơtron để bắn phá hạt nhân uranium. Năm 1938, các nhà hóa học người Đức đó là Otto Hahn và Fritz Strassmann, cùng với các nhà vật lý người Úc Lise Meitner và Otto Robert Frisch cháu của Meitner đã thực hiện các thí nghiệm tạo ra các sản phẩm của urani sau khi đã bị nơtron bắn phá. Họ đã xác định được rằng các nơtron rất nhỏ, có thể cắt các hạt nhân của nguyên tử urani lớn thành 2 phần khá bằng nhau. Đây là 1 kết quả đáng ngạc nhiên. Nhưng nhiều nhà khoa học, trong đó Leo Szilard là một trong những người đầu tiên đã nhận thấy rằng nếu các phẩn ứng phân hạch sinh ra thêm nơtron thì một phản ứng hạt nhân dây chuyền kéo dài là có thể tạo ra được. Các nhà khoa học tâm đắc đều này ở Mỹ, Anh, Pháp, Liên Xô, Đức đã đề nghị với chính phủ quốc gia họ ủng hộ việc nghiên cứu phản ứng phân hạch hạt nhân.
Tại Hoa Kỳ, nơi Fermi và Szilard di cư tới, những kiến nghị trên đã dẫn tới sự ra đời của lò phản ứng đầu tiên là Chicago Pile-1. Nó đạt khối lượng tới hạn vào 02/12/1942. Công trình đã trở thành 1 phần của dự án Manhattan, chính là dự án xây dựng các lò phản ứng lớn ở Hanford Site để làm giàu plutoni sử dụng trong các vũ khí hạt nhân đầu tiên được thả xuống 2 thành phối Hiroshima và Nagasaki tại Nhật Bản. Việc cố gắng làm giàu urani song song cũng đã được tiến hành cùng trong thời gian đó.
Sau thế chiến thứ 2, mối đe dọa về việc nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân có thể sẽ là nguyên nhân thúc đẩy việc phổ biến công nghệ cùng vũ khí hạt nhân nhanh chóng. Kết hợp vớ những điều mà các nhà khoa học nghĩ, nó có thể là 1 đoạn đường phát triển dài để tạo ra bối cảnh mà theo đó việc nghiên cứu lò phản ứng cần phải đặt dưới sự kiểm soát và phân loại chặt chẽ của chính phủ. Hơn nữa, hầu hết việc nghiên cứu lò phản ứng đều chủ yếu sử dụng vào mục đích quân sự. Trên thực tế, đối với công nghệ không có gì là bí mật. Sau đó sinh ra 1 số nhánh nghiên cứu khi quân đội Hoa Kỳ đã từ chối đề nghỉ của cộng đồng khoa học tại nước này trong việc mở rộng hợp tác quốc tế. Nhằm chia sử thông tin và kiểm soát các vật liệu hạt nhân. Năm 2006, các vấn đề này đã trở lên khép kín với hội năng lượng hạt nhân toàn cầu.
Điện được sản xuất đầu tiên từ lò phản ứng hạt nhân thực nghiệm EBR-I vào ngày 20/12/1951 tại Arco, Idaho. Nó có công suất ban đầu đạt khoảng 100kW (đây là lò phản ứng đầu tiên thí nghiệm về làm lạnh từng phần năm 1955). Năm 1952, một bản báo cáo của hội đồng Paley cho tổng thống Harry Truman đưa ra đánh giá “tương đối bi quan” về năng lượng hạt nhân. Đồng thời kêu gọi chuyển hướng nghiên cứu sang lĩnh vực năng lượng mặt trời. Bài phát biểu của Dwight Eisenhower vào tháng 12/1953 nói về “nguyên tử vì hòa bình”, nhấn mạnh về việc khai thác nguyên tử để sản xuất điện và tạo tiền lệ hỗ trợ mạnh mẽ từ chính phủ Hoa Kỳ cho việc sử dụng năng lượng hạt nhân trên toàn cầu.
Nhà máy điện hạt nhân hoạt động gần như nhà máy điện
Nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân cũng tương tự như hoạt động của những nhà máy nhiệt điện. Nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch (than, dầu hoặc khí đốt,…) để tạo ra điện. Còn nhà máy điện hạt nhân sử dụng nhiệt lượng từ những phản ứng phân hạch hạt nhân để có thể điều khiển được các tuabin quay, để từ đó tạo ra được điện năng.
Trong các lò phản ứng hạt nhân, quá trình tạo nhiệt này được thực iện bởi những phản ứng phân hạch của nhiên liệu hạt nhân, phổ biến nhất là Urani.
Các loại lò phản ứng điện hạt nhân
90% lò phản ứng điện hạt nhân trên thế giới hiện nay đều thuộc loại lò phản ứng nước nhẹ. Có 3 dạng lò phản ứng nước nhẹ. Bao gồm lò phản ứng nước áp lực, lò phản ứng nước sôi và lò phản ứng nước siêu tới hạn.
Lò phản ứng nước nhẹ là kiểu lo phản ứng hạt nhân nơ-tron nhiệt sử dụng nước thường làm chất làm lạnh và điều hòa nơ-tron. Các lò phản ứng Nơ-tron nhiệt là loại lò phản ứng hạt nhân phổ biến nhất. Và các lò phản ứng nhẹ là phổ biến nhất trong những lò phản ứng nơ-tron nhiệt. Những nội dung tiếp theo cũng tập trung mô tả hoạt động của nhà máy điện hạt nhân nước nhẹ.
Hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân nước nhẹ
Chu trình hoạt động cơ bản của nhà máy điện hạt nhân đối với lò phản ứng nước áp lực có thể được đơn giản hóa với 4 bước sau:
- Hấp thu nhiệt lượng từ phản ứng phân hạch của các nhiên liệu hạt nhân
- Tạo ra hơi nước trong bộ tạo nhiệt bằng với nhiệt lượng thu được trước đó.
- Làm quay bộ tua bin bằng cách sử dụng hơi nước tạo ra ở trên
- Tận dụng được năng lượng cơ học của tuabin để chạy máy phát điện. Máy phát này sẽ tạo ra được điện năng.
Sự biến đổi của năng lượng trong quá trình sản xuất điện hạt nhân
Từ chu trình này, có thể thấy được rằng năng lượng được biến đổi qua từng giai đoạn khác nhau. Ban đầu chúng ta có năng lượng hạt nhân. Sau khi đã bị phá vỡ bởi phản ứng nhiệt hạch, nó đã trở thành nhiệt lượng. Môt phần của nhiệt lượng được chuyển đổ thành nộ năng của nước bằng cách trở thành hơi nước theo nguyên tắc nhiệt động lực học. Nội năng cùng nhiệt năng của nước được chuyển thành động năng khi tuabin được kích hoạt. Cuối cùng, máy phát điện chuyển đổi động năng thành điện năng.
Lò phản ứng hạt nhân
Hiệu suất của lò phản ứng hạt nhân dựa trên nhiệt lượng thu được từ quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân. Lượng nhiệt lượng này được chuyển đổi thành cơ năng qua các tuabin. Cuối cùng, cơ năng này sẽ được chuyển đổi thành điện năng bằng máy phát điện.
Lò phản ứng hạt nhân chịu trách nhiệm xử lý phân hạch nguyên tử nhằm tạo nhiều nhiệt lượng. Với lượng nhiệt này, lò phản ứng chuyển đổi thành hơi nước ở nhiệt độ cùng áp suất cao.
Sự biến đổi năng lượng trong quá trình sản xuất điện hạt nhân
Hơi nước thoát ra khỏi tòa nhà ngăn chặn do áp suất cao mà nó phải chịu. Cho tới khi nó chạm tới tuabin, làm cho tuabin quay. Tại thời điểm này, một phần nhiệt lượng của hơi nước cũng được chuyển hóa thành động năng. Tuabin này được kết nối tới 1 máy phát điện. Theo đó, động năng được chuyển hóa thành điện năng.
Lò phản ứng hạt nhân
Hiệu suất của lò phản ứng hạt nhân dựa trên nhiệt lượng thu được từ quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân. Lượng nhiệt lượng này sẽ được chuyển đổi thành cơ năng thông qua các tuabin. Và cuối cùng, cơ năng sẽ được chuyển đổi thành điện năng bằng máy phát điện.
Lò phản ứng hạt nhân sẽ chịu trách nhiệm xử lý phân hạch các nguyên tử nhằm tạo ra nhiệt lượng. Với lượng nhiệt này, lò phản ứng sẽ chuyển đổi nước thành hơi nước ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao.
Sản xuất điện trong nhà máy điện hạt nhân
Hơi nước thoát ra khỏi tòa nhà ngăn chặn do áp suất cao mà nó đã phải chịu. Cho tới khi nó chạm tới tuabin, làm cho tuabin quay. Trong thời điểm này, một phần nhiệt lượng của hơi nước đang được chuyển hóa thành động năng. Tuabin này được kết nối với một máy phát điện. Theo đó, động năng sẽ được chuyển hóa thành điện năng.
Mặt khác, hơi nước đã thoát ra khỏi tuabin, mặc dù nó đã bị mất nhiệt lượng nhưng vẫn có thể tiếp tục tồn tải được ở thể khí và rất ẩm. Để có thể tái sử dụng được lượng hơi nước này, cần phải làm lạnh nó trước khi đưa nó trở lại chu trình. Sau khi ra khỏi tuabin, hơi nước đi vào buồng ngưng tụ. Tại đây, nó sẽ nguội đi và hóa lỏng khi tiếp xúc với đường ống dẫn nước lạnh. Sau đó, người ta sử dụng máy bơm nước ngược trở lại lò phản ứng hạt nhân. Chu trình này sẽ được lặp lại nhiều lần.
Chu trình phản ứng này đã lý giải cho các bạn biết tại sao các nhà máy hạt nhân lại luôn được đặt gần nguồn cung cấp nước lạnh (biển, sông, hồ). Nơi có nguồn nước dồi dào để đưa nước vào buồng ngưng tụ. Cột khói trắng được nối lên từ những nhà máy chính là hơi nước bốc lên khi quá trình sản xuất điện được diễn ra.
Vậy là chúng ta đã tìm hiểu được về nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân. Hi vọng bài viết này cung cấp những thông tin hữu ích cho bạn. Hẹn gặp lại trong những bài viết tiếp theo nhé!
Các sản phẩm có thể bạn quan tâm:
Chat Facebook
Gọi điện