TÌM HIỂU VỀ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Thành viên 1 Nguyễn Văn Nhân 2 Đoàn Hữu Nghị 3 Võ Hoàng Hiệp 4 Vilaiphone I Tổng quan về lò phản ứng hạt nhân 1 Vai trò của nguồn năng lượng hạt nhân Thế giới hiện nay đang mục kích một sự biến đổi quan trọng trong xu hướng khai thác và sử dụng năng lượng Dầu mỏ Cạn kiệt Khí đốt Nguồn năng lượng nào có thể thay thế? Than đá Thật vậy, giá cả thị trường dầu, khí, than ngày càng tăng đã củng cố nhận thức cho rằng thời kỳ mà loài người có thể dễ dãi sử dụng các nguồn.
TÌM HIỂU VỀ LỊ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Thành viên : Nguyễn Văn Nhân Đoàn Hữu Nghị 3.Võ Hồng Hiệp Vilaiphone I Tổng quan lị phản ứng hạt nhân Vai trò nguồn lượng hạt nhân Thế giới mục kích biến đổi quan trọng xu hướng khai thác sử dụng lượng Dầu mỏ Cạn kiệt Khí đốt Nguồn lượng Than đá thay thế? • Thật vậy, giá thị trường dầu, khí, than ngày tăng củng cố nhận thức cho thời kỳ mà lồi người dễ dãi sử dụng nguồn lượng rẻ tiền nhanh chóng kết thúc Hơn nữa, yêu cầu bảo vệ mơi trường phạm vi tồn cầu, trước hết hạn chế phát thải CO2 khí nhà kính khác, địi hỏi quốc gia phải tìm cho giải pháp triệt để nhằm nhanh chóng giảm bớt việc sử dụng nhà máy nhiệt điện chạy than khí • Trên giới nay, nguồn nhiên liệu sẵn có tự nhiên than đá, dầu mỏ, khí đốt… ngày cạn kiệt Vấn đề đặt cho nhân loại phải tìm nguồn lượng thay • Xu hướng giới sử dụng nguồn nhiên liệu khổng lồ, trữ lượng vô lớn lượng nguyên tử phản ứng nhiệt hạch Phản ứng phản ứng dây chuyền, tiến hành lò phản ứng hạt nhân • Năng lượng hạt nhân khơng tạo khí thải gây tác động đến khí hậu trái đất, giải pháp đáp ứng cách ổn định nhu cầu lượng khổng lồ người • Năng lượng hạt nhân nguồn điện khác mặt trời, gió, sinh nhiệt địa nhiệt trở thành nguồn lượng hỗ trợ lẫn để đáp ứng nhu cầu lượng giới • Như tất giải pháp khác nước đề nhằm giải vấn đề cung cấp lượng áp lực hai yêu cầu nói bảo đảm an ninh lượng bảo vệ mơi trường tồn cầu, xuất xu hướng phổ biến cho điện hạt nhân giải pháp quan trọng khả thi để thay nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn lượng hóa thạch Cùng với giải pháp này, biện pháp tiết kiệm lượng triển khai sử dụng kết hợp dạng lượng tái tạo phạm vi hợp lý cấu tạo lò phản ứng hạt nhân Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, nguyên liệu, chất làm chậm, chất tải nhiệt… lị phản ứng hạt nhân có cấu tạo khác Tuy nhiên lò phản ứng hạt nhân có cấu tạo chung sau Cấu tạo chung lị phản ứng hạt nhân Hình 3-1 Cấu tạo lò phản ứng hạt nhân 1- Lớp vỏ bảo vệ sinh học 2- Ống dẫn chất truyền nhiệt vào 3- Vỏ lò phản ứng hạt nhân 4- Ống dẫn chất truyền nhiệt – Nắp lò phản ứng 6.7.8.9 – Hệ thống điều khiển phản ứng dây truyền 10 – Gá đỡ 11 – Vùng phản ứng (hoạt động) 12 – Thanh nhiên liệu 13 – Bộ phận làm mát lớp vỏ bảo vệ sinh học 14 – Gá đỡ Chức cụ thể phận: a vùng phản ứng hoạt động: Một lị phản ứng hạt nhân có nhiều phận khác nhau, quan trọng vùng phản ứng (hoạt động), nơi diễn phản ứng dây chuyền b Ống dẫn chất truyền nhiệt vàovà ống dẫn chất truyền nhiệt Năng lượng tỏa từ phản ứng dây truyền chất dẫn nhiệt truyền c Hệ thống điều khiển phản ứng dây truyền Để điều khiển phản ứng dây truyền, người ta sử dụng hệ thống điều khiển bảo vệ, hệ thống làm từ vật liệu có khả hấp thụ hạt notron cao (Bo, Cd).Thanh điều khiển di chuyển lên cao xuống thấp gần nhiên liệu nhờ nam châm điện (trong trường hợp khẩn cấp, người ta ngắt điện chất hấp thụ nơtron rơi vào tâm lò, làm ngừng phản ứng hạt nhân) d lớp vỏ bảo vệ sinh học Bao quanh vùng phản ứng lớp vỏ bê tông dầy, gọi lớp vỏ bảo vệ sinh học, có nhiệm vụ làm giảm cường độ tia phóng xạ đến mức độ cho phép Giữa lớp vỏ bảo vệ sinh học lớp vỏ lò phản ứng hạt nhân, thường có thêm lớp vỏ bảo vệ “nóng”, có nhiệm vụ giảm bớt cường độ tia phóng xạ chiếu vào lớp bảo vệ sinh học e Thanh nhiên liệu Nguyên liệu thường sử dụng lò phản ứng hạt nhân Uran-235, Uran-233, Plutoni-239 Phản ứng dây truyền xẩy tác động ban đầu notron Thanh nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân làm thành dạng viên Uranium oxide hình trụ, hình cầu, tấm… Chúng xếp vào hộp zircalloy (hợp kim zirconium, bền, chịu nhiệt độ cao không hấp thụ nơtron) Phổ biến dạng hình trụ, tập hợp thành bó vng gồm khoảng 200 Người ta cịn chừa số vị trí để đặt điều khiển Các dạng nhiên liệu thường sử dụng lò phản ứng hạt nhân Chất làm chậm: Có nhiệm vụ làm giảm lượng hạt notron hình thành phản ứng dây truyền Chất làm chậm thường sử dụng nước H2O, nước nặng D2O graphite (than chì) Nước nặng có giá thành cao, nên sử dụng lò phản ứng hạt nhân sử dụng nguyên liệu Uran tự nhiên chưa qua làm giầu Thông thường sử dụng nước làm chất làm chậm Chất phản xạ: Có nhiệm vụ làm tăng số lượng hạt notron vùng phản ứng, khơng cho hạt notron bắn ngồi, làm hạt notron phân bố vùng phản ứng (hoạt động) Có thể kết hợp chất làm chậm chất phản xạ (nước, graphite) dùng Uran tự nhiên Chất truyền nhiệt: Truyền nhiệt từ vùng phản ứng ngồi Chất truyền nhiệt chạy ống áp lực, trực tiếp chạy qua vùng phản ứng Chất truyền nhiệt thông thường sử dụng nước, khí gas, kim loại nóng chảy (Natri) f Bể chứa lị phản ứng hạt nhân Lò phản ứng đặt bể chứa sắt khơng rỉ Bên ngồi bể chứa gia cố lớp tường xi măng có độ dày hàng mét để ngăn chặn chất phóng xạ rị rỉ trường hợp cố xảy II Nguyên lý hoạt động lò phản ứng hạt nhân Cách khoảng 50 năm người ta bắt đầu xây dựng nên lò phản ứng hạt nhân, từ đến lị phản ứng hệ I, II, III,IV đời Qua nhiều hệ có nhiều cải tiến nhìn chung nguyên lý hoạt động chúng không thay đổi Nguyên lý hoạt động lò phản ứng hạt nhân gồm trình sau Sự phân hạch Khi hạt nhân nguyên tử phân hạch lớn urani 235 plutoni 239 hấp thụ neutron, trải qua phân hạch hạt nhân Các hạt nhân nặng chia tách thành hai nhiều hạt nhân nhẹ hơn, giải phóng lượng, xạ gama nơtron tự do; gọi chung sản phẩm phân hạch Các nơtron sinh sau phân hạch lại bị hấp thụ hạt nhân gần đó, làm xảy phân hạch thế, phân hạch diễn thành dây chuyền Số phân hạch tăng lên nhanh thời gian ngắn tạo thành chuỗi phản ứng hạt nhân Nguyên liệu dung để hấp thụ nowtron thường dung nước nhẹ (75% lị sử dụng),than chì rắn (20%)và nước nặng (5%) Sự phát nhiệt Hình 3: Lỏi phản ứng lò phản ứng hạt nhân( Ảnh: imperial-consultants.co.uk.) Lõi lò phản ứng tạo nhiệt theo số bước sau: • Động sản phẩm từ phản ứng phân hạch chuyển đổi thành nhiệt hạt nhân va chạm vào nguyên tử gần • Một số tia gamma tạo từ phản ứng phân hạc dược lò phản ứng hấp thụ, lượng biến đổi thành nhiệt Nhiệt tạo từ phân rã phóng xạ sản phẩm nguyên liệu cho phản ứng nhiệt hạch kích hoạt hấp thụ nơ-tron nguồn nhiệt phóng xạ cịn dư cho trường hợp lò phản ứng tạm ngưng hoạt động kilogram đồng vị urani-235 (U-235) chuyển đổi qua trình phản ứng hạt nhân giải phóng xấp xỉ triệu lần lượng lượng mà kilogram than đá đốt cháy cách thơng thường (7.2 × 1013 jun/kilogram uranium-235 so với 2.4 × 107 jun/kilogram than đá) • Tồn q trình phân hạch xảy trong lõi thép lò phản ứng Nhiệt mà phản ứng tạo khiến nước sôi bốc Luồng nóng nước làm quay turbin tạo điện Kiểm soát phản ứng Khi cố bất ngờ, động đất, xảy điều khiển tự động kích hoạt trồi lên, nằm xen kẽ với nhiên liệu nhằm hấp thụ neutron từ nhiên liệu Do bị hấp thụ, hạt neutron bắn phá nguyên tử urani plutoni nên phản ứng phân hạch chấm dứt lò phản ứng ngừng hoạt động Sử dụng lượng Năng lượng giải phóng q trình phân hạch tạo nhiệt, phần chuyển đổi thành lượng sử dụng Một phương pháp phổ biến nhằm khai thác lượng nhiệt sử dụng đun sơi nước, tạo nước áp suất cao mà sau quay tua bin nước tạo điện Trong kiểu lò nước áp lực, nước bơm vào lõi để hấp thu nhiệt từ nhiên liệu Sau chảy qua hệ thống kín để sôi Hơi nước dẫn sang buồng chứa turbin để làm quay turbin Chuyển động quay turbin truyền sang máy phát điện IV HẠN CHẾ KHI SỬ DỤNG NGUỒN NGUỒN NĂNG LƯỢNG TỪ CÁChạt LÒnhân PHẢN ‘’Điều HẠT kì diệuNHÂN từ nặng lương hay ỨNG kẻ hủy diệt giới ?’’ Là sở cho tham vọng phát triển loại vũ khí hủy diệt lớn đe dọa sống người Bom nguyên tử thả xuống Hiroshima Và nạn nhân bị thiêu cháy phản ứng hạt nhân Tác động xấu đến môi trường xảy an toàn Sai lầm thiết kế điều khiển, xảy cố phóng xạ phát tán vơ số chất phóng xạ vào mơi trường sống Đó ngun nhân khiến nhiều người, nhiều quốc gia tranh cãi việc nên hay không nên sử dụng lượng hạt nhân ? Nhưng giới cần hạt nhân? Năng lượng hạt nhân giải pháp kinh tế, an toàn nguồn lượng đảm bảo phát triển bền vững việc thỏa mãn nhu cầu điện tăng mạnh toàn cầu Vào năm 2005, tiêu thụ lượng giới gấp đôi nhu cầu điện gấp ba Mức tiêu thụ ghê gớm đó, mà phần lớn nước phát triển, thỏa mãn nhờ “năng lượng mới” gió, mặt trời cho dù nguồn đóng vai trị quan trọng số vùng Rất thực, lượng hạt nhân công nghệ sạch, có khả mở rộng quy mơ lớn để cung cấp nguồn điện ổn định liên tục Nguồn tài nguyên uranium phong phú triển vọng cung cấp nhiên liệu với giá ổn định sáng sủa Một phần ba dân số giới chưa dùng điện, phần ba dùng điện cách hạn chế Trong vật lộn đáp ứng nhu cầu lượng mình, số nước phát triển đơng dân làm tăng phát thải CO tầm toàn cầu Uranium nguyên tố tự nhiên phóng xạ tự nhiên quanh sống hàng ngày Lò phản ứng hạt nhân thực không phát thải, sử dụng chúng để phát điện giúp kiềm chế mối nguy hiểm nóng lên tồn cầu thay đổi khí hậu Bất kỳ chiến lược thực muốn ngăn chặn mối đe dọa chưa có cần đến lượng hạt nhân Carbon dioxide (CO2) chất yếu gây lên hiệu ứng nhà kính tượng ấm lên tồn cầu Nhiên liệu hố thạch (than, dầu, khí đốt) dùng để sản xuất điện hay dùng động xe cộ máy móc, phát tán khí CO trực tiếp vào khơng khí Năng lượng hạt nhân khơng thải khí CO hay khí gây hiệu ứng nhà kính Các chuyên gia khí hậu cảnh báo cần cắt giảm phát thải CO toàn cầu từ 25 tỷ hàng năm xuống 10 tỷ tấn, chí tăng sản xuất lượng Các nhà máy điện hạt nhân hàng năm giúp tránh thải 2,5 tỷ CO lượng tương đương nửa số khí thải ngành vận tải giới Mở rộng công suất hạt nhân đồng nghĩa giảm thải chất gây hiệu ứng nhà kính nhiều Năng lượng hạt nhân cịn giúp giảm bớt nhiễm khơng khí bề mặt trái đất Lị phản ứng hạt nhân khơng thải khói (nguyên nhân gây sương mù bệnh đường hơ hấp) chất khí tạo nên mưa a xit (huỷ hoại rừng ao hồ) Khi đánh giá tác động sinh thái tồn chu trình trọng số sử dụng tài nguyên, ảnh hưởng đến sức khỏe, hậu chất thải lượng hạt nhân vượt lên phương án lượng thông thường khác ngang với lượng Chất thải phóng xạ khơng phải điểm yếu mà đặc thù lượng hạt nhân.So với lượng thải khổng lồ lượng hóa thạch vào khí quyển, lượng chất thải hạt nhân nhỏ, quản lý tốt cất giữ mà khơng gây nguy hại cho người mà môi trường Chất thải phóng xạ kiểm sốt theo cách ngăn khơng để chúng bị đánh cắp hay làm ô nhiễm môi trường xung quanh Phần lớn nhiên liệu qua sử dụng giữ nhà máy Chất thải mức cao xếp thùng thép dày chống ăn mòn đặt sâu lịng đất nơi có kiến tạo ổn định theo dõi cẩn thận Các nhà khoa học đánh giá khu chơn giữ an tồn hàng thiên niên kỷ Chất thải phóng xạ mức cao nhà máy tái chế nhiên liệu gốm hoá hay thuỷ tinh hoá Hiện Hoa Kỳ, Phần Lan, Thụy Điển đầu kỹ thuật chơn ngầm Đã có 100 lị phản ứng lượng chấm dứt hoạt động giai đoạn lý lò xong phần tháo dỡ hạt nhân Tất nước có sản xuất điện hạt nhân chịu hoàn toàn trách nhiệm quản lý an toàn chất thải sinh hoạt động hạt nhân họ Ở nước sử dụng kỹ thuật hạt nhân, lượng chất thải phóng xạ khơng q 1% chất thải cơng nghiệp độc hại khác Có điểm khác biệt tính phóng xạ chất thải hạt nhân giảm dần theo thời gian phân rã tự nhiên tính độc chất thải cơng nghiệp khác vĩnh viễn Công nghiệp hạt nhân cam kết công khai minh bạch định, tạo đồng thuận với cộng đồng dân cư quản lý chất thải Điện hạt nhân có thành tích an tồn xuất sắc hẳn so với công nghiệp lượng khác quãng kinh nghiệm vận hành 110.000 lò Tại nạn Chernobyl năm 1986 Ukraine, tai nạn gây chết người bơi nhọ hình ảnh lượng hạt nhân Loại lò thiếu hẳn cấu trúc tường ngăn có tác dụng chặn chất phóng xạ khơng cho rị ngồi trường hợp khẩn cấp chắn ngày khơng cấp giấy phép hoạt động Vụ Chernobyl thúc đẩy thành lập Liên đoàn nhà vận hành hạt nhân giới, tổ chức nghề nghiệp quan tâm tới lò phản ứng thương mại giới thơng qua nó, chủ cơng ty điện lực áp dụng tiêu chuẩn thực tiễn tốt phần văn hố an tồn hạt nhân tồn cầu Trong hồn cảnh nào, lị phản ứng hạt nhân không xảy nổ bom nguyên tử Hồ sơ cho thấy điện hạt nhân thương mại an toàn nhiều so với hệ thống dùng nhiên liệu hoá thạch mặt rủi ro cho người sản xuất nhiên liệu, mặt ảnh hưởng sức khoẻ môi trường tiêu thụ Những tai nạn chết người xảy thường xuyên vụ vỡ đập thuỷ điện, nổ mỏ than hay cháy ống dẫn dầu Chế độ quy phạm hạt nhân nghiêm ngặt tầm quốc gia quốc tế đảm bảo an toàn cho người lao động, công chúng môi trường Mỗi nhà máy điện hạt nhân yêu cầu dành ưu tiên hàng đầu cho biện pháp an ninh kế hoạch cứu hộ nhằm bảo vệ công chúng tình xấu Ngày nay, lị phản ứng hạt nhân áp dụng triết lý “phòng thủ theo chiều sâu” nghĩa gồm nhiều lớp bảo vệ vững hệ an tồn dự phịng - để ngăn chặn rị rỉ phóng xạ chí điều kiện tai nạn xấu Công nghệ lượng hạt nhân tiên tiến đa dạng tạo điều kiện phát triển tương lai bền vững nước công nghiệp nước phát triển Lò phản ứng hạt nhân dùng để khử mặn nước biển nhằm đáp ứng nhu cầu nước ngày tăng giới Những hệ lò phản ứng hạt nhân kỳ vọng để sản xuất hydro với lượng lớn cung cấp nhiên liệu cho ô tô lượng Một số thiết kế lò phản ứng áp dụng ngun lý an tồn “thụ động”, chí với trục trặc tồi tệ khơng có người vận hành, lò tự động nguội Những đặc điểm khác thiết kế nhiên liệu, vốn xây dựng, chi phí vận hành giảm lại cải thiện độ tin cậy khả chống phổ biến vũ khí Cơng nghệ hạt nhân khơng ngừng cải tiến Trong tự nhiên, hydro khơng tồn dạng dùng cho mục đích lượng tách ra, trở thành nguồn nhiên liệu cho vận tải mơi trường Chỉ có lượng hạt nhân tỏ sản xuất hydro quy mô lớn Ở Hoa Kỳ, nhu cầu hydro dành cho vận tải khoảng 230.000 ngày Các lò phản ứng hạt nhân tương lai hoạt động với nhiệt độ cao sản xuất khối lượng lớn cách hiệu nhờ sử dụng q trình hố-nhiệt ... lý 2 cấu tạo lò phản ứng hạt nhân Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, nguyên liệu, chất làm chậm, chất tải nhiệt… lò phản ứng hạt nhân có cấu tạo khác Tuy nhiên lò phản ứng hạt nhân có cấu tạo chung... cấu tạo chung sau Cấu tạo chung lị phản ứng hạt nhân Hình 3-1 Cấu tạo lị phản ứng hạt nhân 1- Lớp vỏ bảo vệ sinh học 2- Ống dẫn chất truyền nhiệt vào 3- Vỏ lò phản ứng hạt nhân 4- Ống dẫn chất... cho nhân loại phải tìm nguồn lượng thay • Xu hướng giới sử dụng nguồn nhiên liệu khổng lồ, trữ lượng vô lớn lượng nguyên tử phản ứng nhiệt hạch Phản ứng phản ứng dây chuyền, tiến hành lò phản ứng