Năng lượng hạt nhân là gì? Khoa học về nhà máy điện hạt nhân

Thursday, 12/08/2021, 00:00

Năng lượng hạt nhân (Đồ họa: A. Vargas / IAEA)

Năng lượng hạt nhân là một dạng năng lượng được giải phóng từ hạt nhân - lõi bên trong của nguyên tử - được tạo bởi các proton và neutron. Nguồn năng lượng này có thể được tạo ra theo hai cách: phân hạch hạt nhân- khi hạt nhân của nguyên tử bị tách thành nhiều hạt nhân con- hoặc nhiệt hạch - khi các hạt nhân nhỏ hợp nhất với nhau thành hạt nhân lớn.

Năng lượng hạt nhân được khai thác trên khắp thế giới ngày nay để sản xuất điện là thông qua quá trình phân hạch hạt nhân, trong khi công nghệ tạo ra điện từ nhiệt hạch đang ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển (R&D). Bài viết này sẽ tập trung khám phá sự phân hạch hạt nhân. Để tìm hiểu thêm về phản ứng tổng hợp hạt nhân (nhiệt hạch), xin xem thông tin ở đây .

Sự phân hạch hạt nhân là gì?

Phân hạch hạt nhân là phản ứng trong đó hạt nhân nguyên tử tách thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn, đồng thời giải phóng năng lượng.

Ví dụ, khi bị một neutron va chạm, hạt nhân của nguyên tử uranium-235 tách thành một hạt nhân bari và một hạt nhân krypton và hai hoặc ba neutron. Những neutron thừa này sẽ va vào các nguyên tử uranium-235 khác xung quanh, chúng cũng sẽ tách ra và tạo ra các neutron bổ sung theo hiệu ứng nhân lên, do đó tạo ra một phản ứng dây chuyền trong một phần nhỏ của giây.

Mỗi khi phản ứng xảy ra, có một sự giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt và bức xạ. Nhiệt lượng có thể được chuyển đổi thành điện năng trong nhà máy điện hạt nhân, cũng giống như cách nhiệt từ nhiên liệu hóa thạch là than, khí đốt và dầu được sử dụng để tạo ra điện.

Sự phân hạch hạt nhân (Đồ họa: A. Vargas / IAEA)

Nhà máy điện hạt nhân hoạt động như thế nào?

Bên trong nhà máy điện hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân và thiết bị của chúng chứa và điều khiển các phản ứng dây chuyền, thường được cung cấp nhiên liệu bằng uranium-235, để tạo ra nhiệt thông qua quá trình phân hạch. Nhiệt làm nóng chất làm mát của lò phản ứng, thường là nước, để tạo ra hơi nước. Sau đó, hơi nước được chuyển đến làm quay các tua-bin, kích hoạt máy phát điện để tạo ra điện có lượng khí thải các-bon thấp.

Tìm thêm thông tin chi tiết về các loại lò phản ứng điện hạt nhân khác nhau trên trang web này

Lò phản ứng nước áp lực được sử dụng nhiều nhất trên thế giới.

(Đồ họa: A. Vargas / IAEA)

Khai thác, làm giàu và thải bỏ uranium

Uranium là một kim loại có thể được tìm thấy trong các loại đá trên khắp thế giới. Uranium có tồn tại một số đồng vị tự nhiên, là dạng của một nguyên tố khác nhau về khối lượng và tính chất vật lý nhưng có cùng tính chất hóa học. Uranium có hai đồng vị tự nhiên: uranium-238 và uranium-235. Uranium-238 chiếm phần lớn lượng uranium trên thế giới nhưng không thể tạo ra phản ứng dây chuyền phân hạch, trong khi uranium-235 có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng bằng cách phân hạch nhưng chỉ chiếm chưa đến 1% uranium trên thế giới.

Để làm cho uranium tự nhiên có nhiều khả năng tiến hành quá trình phân hạch, cần phải tăng lượng uranium-235 trong một mẫu nhất định thông qua một quá trình gọi là làm giàu uranium. Khi uranium được làm giàu, nó có thể được sử dụng hiệu quả làm nhiên liệu hạt nhân trong các nhà máy điện từ 3 đến 5 năm, sau đó nó vẫn còn phóng xạ và phải được xử lý theo các hướng dẫn nghiêm ngặt để bảo vệ con người và môi trường. Nhiên liệu đã sử dụng, còn được gọi là nhiên liệu đã qua sử dụng, cũng có thể được tái chế thành các loại nhiên liệu khác để sử dụng làm nhiên liệu mới trong các nhà máy điện hạt nhân đặc biệt.

Chu trình nhiên liệu hạt nhân là gì?

Thông tin chi tiết xin xem video dưới đây:

Chu trình nhiên liệu hạt nhân là một quá trình công nghiệp bao gồm nhiều bước khác nhau để sản xuất điện từ uranium trong các lò phản ứng điện hạt nhân. Chu trình bắt đầu bằng việc khai thác uranium và kết thúc bằng việc xử lý chất thải hạt nhân.

Chất thải hạt nhân

Hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân tạo ra chất thải với các mức độ phóng xạ khác nhau. Chúng được quản lý khác nhau tùy thuộc vào mức độ phóng xạ và mục đích của chúng. Xem hình ảnh động bên dưới để tìm hiểu thêm về chủ đề này.

Quản lý chất thải phóng xạ

Thông tin chi tiết xin xem hình ảnh động dưới đây:

Chất thải phóng xạ chiếm một phần nhỏ trong tất cả các chất thải. Nó là sản phẩm phụ của hàng triệu thủ thuật y tế mỗi năm, các ứng dụng công nghiệp và nông nghiệp sử dụng bức xạ và lò phản ứng hạt nhân tạo ra khoảng 11% điện năng toàn cầu. Hình ảnh động này giải thích cách chất thải phóng xạ được quản lý để bảo vệ con người và môi trường khỏi bức xạ hiện tại và trong tương lai.

Thế hệ tiếp theo của các nhà máy điện hạt nhân, còn được gọi là các lò phản ứng tiên tiến sáng tạo, sẽ tạo ra ít chất thải hạt nhân hơn nhiều so với các lò phản ứng hiện nay. Dự kiến, chúng có thể được xây dựng vào năm 2030.

Điện hạt nhân và biến đổi khí hậu

Điện hạt nhân là một nguồn năng lượng phát thải khí các-bon thấp, bởi vì không giống như các nhà máy điện than, dầu hoặc khí đốt, các nhà máy điện hạt nhân thực tế không tạo ra CO2 trong quá trình hoạt động của chúng. Các lò phản ứng hạt nhân tạo ra gần một phần ba lượng điện không phát khí thải carbon trên thế giới và đóng vai trò quyết định trong việc đạt được các mục tiêu về biến đổi khí hậu.

Để tìm hiểu thêm về năng lượng hạt nhân và quá trình chuyển đổi năng lượng sạch, hãy đọc ấn bản này của Bản tin IAEA .

  Andrea Galindo, Văn phòng IAEA về Thông tin và Quan hệ công chúng

 Nguồn IAEA: https://www.iaea.org/newscenter/news/what-is-nuclear-energy-the-science-of-nuclear-power

Lượt xem: 3087