TIỂU LUẬN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÍ TIỂU LUẬN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ Giáo viên: Nguyễn Thị Vân Anh Sinh viên: Lê Văn Đức Hà Nội, 2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mở đầu Khái niệm nguyên tử tồn nhiều kỉ Nhưng gần đây, bắt đầu hiểu sức mạnh khủng khiếp chứa khối lượng nhỏ xíu Trong năm trước Thế chiến thứ hai, nghiên cứu hạt nhân chủ yếu tập trung vào phát triển loại vũ khí phịng thủ Sau đó, nhà khoa học tập trung vào cơng dụng hịa bình cơng nghệ hạt nhân Một công dụng quan trọng lượng hạt nhân phát điện Sau nhiều năm nghiên cứu, nhà khoa học ứng dụng thành công công nghệ hạt nhân cho nhiều mục đích khoa học, y khoa, cơng nghiệp khác Chúng ta bắt đầu hình thành tư nguyên tử với ý tưởng nhà triết học Hi Lạp cổ đại Sau đó, biết thêm nguyên tử lượng nhờ nhà khoa học khám phá tượng phóng xạ Bây giờ, biết đến công dụng đại nguyên tử nguồn lượng vơ giá Chúng ta thấy phát triển chóng mặt khoa học nguyên tử hiểu biết người giới vô bé cấu tạo lên giới Trong khuôn khổ tiểu luận, ta không sâu vào tìm hiểu chế, chất nguyên tử hay sản sinh lượng hạt nhân mà đưa đến nhìn tổng quan lượng hạt nhân bao gồm lịch sử, chất, phát triển ứng dụng công nghệ hạt nhân giới Việt Nam LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I.Lịch sử hình thành sử dụng lượng hạt nhân Việc theo đuổi lượng hạt nhân cho phát điện bắt đầu sau phát số yếu tố phóng xạ đầu kỷ 20 Tuy nhiên, giấc mơ khai thác "năng lượng nguyên tử" bị phản đối mạnh, chí bác bỏ cha đẻ vật lý hạt nhân Ernest Rutherford nói "ánh trăng" Tuy nhiên, tình trạng thay đổi cuối thập niên 1930, với phát phản ứng phân hạch hạt nhân Năm 1932, James Chadwick khám phá nơtron , công nhận công cụ tiềm cho thử nghiệm hạt nhân nơtron vượt qua hàng rào Coulomb khơng mang điện Thử nghiệm với bắn phá vật liệu nơtron dẫn đến việc Frédéric Irène Joliot-Curie khám phá chất phóng xạ năm 1934, tạo tiền đề cho việc nghiên cứu phát triển hiểu biết khoa học hạt nhân nguyên tử tượng phóng xạ Phản ứng phân hạch hạt nhân Enrico Fermi thực hành công vào năm 1934 nhóm ơng dùng nơtron bắn phá hạt nhân uranium Năm 1938, nhà hóa học người Đức Otto Hahn Fritz Strassmann, với nhà vật lý người Úc Lise Meitner Otto Robert Frisch cháu Meitner , thực thí nghiệm tạo sản phẩm urani sau bị nơtron bắn phá Họ xác định nơtron tương đối nhỏ cắt hạt nhân nguyên tử urani lớn thành hai phần nhau, kết đáng ngạc nhiên Rất nhiều nhà khoa học, có Leo Szilard người nhận thấy phản ứng phân hạch sinh thêm nơtron, phản ứng hạt nhân dây chuyền kéo dài tạo Các nhà khoa học tâm đắc điều số quốc gia (như Hoa Kỳ, Anh, Pháp, Đức Liên Xơ) đề nghị với phủ họ ủng hộ việc nghiên cứu phản ứng phân hạch hạt nhân H1 Lò phản ứng B dự án Manhattan LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tại Hoa Kỳ, nơi mà Fermi Szilard di cư đến (năm 1938, để tránh truy đuổi Đức quốc xã Fermi đưa gia đình sang Mĩ sinh sống sau nhận giải thưởng Nobel), kiến nghị dẫn đến đời lò phản ứng mang tên Chicago Pile-1, đạt khối lượng tới hạn vào ngày tháng 12 năm 1942 Cơng trình trở thành phần dự án Manhattan, dự án xây dựng lò phản ứng lớn Hanford Site (thành phố trước Hanford, Washington) để làm giàu plutoni sử dụng vũ khí hạt nhân thả xuống thành phố Hiroshima Nagasaki Nhật Bản Việc cố gắng làm giàu urani song song tiến hành thời gian Sau chiến thứ 2, mối đe dọa việc nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân nguyên nhân thúc đẩy việc phổ biến cơng nghệ vũ khí hạt nhân nhanh chóng, kết hợp với mà nhà khoa học nghĩ, đoạn đường phát triển dài để tạo bối cảnh mà theo việc nghiên cứu lò phản ứng phải đặt kiểm sốt phân loại chặt chẽ phủ Thêm vào đó, hầu hết việc nghiên cứu lị phản ứng tập trung chủ yếu vào mục đích quân Đến nay, lượng hạt nhân đến qua bom Nhật Bản năm 1945, mà biết đến nguồn lượng vơ tận trì sống người, lẽ lượng mặt trời-nguồn lượng vô tận đến Trái Đất có chất lượng hạt nhân Ngày 27 tháng năm 1954, nhà máy điện hạt nhân Obninsk Liên Xô trở thành nhà máy điện hạt nhân giới sản xuất điện hịa vào mạng lưới với cơng suất khơng tải khoảng MW điện Theo thống kê, lượng hạt nhân cung cấp khoảng 6% lượng giới, tính riêng điện hạt nhân chiếm khoảng 13-14% sản lượng điện giới Trong tính riêng Mỹ, Pháp, Nhật sản lượng điện hạt nhân chiếm 56,5% tổng nhu cầu dung điện nước Một tổ chức phát triển lượng hạt nhân Hải quân Hoa Kỳ, họ sử dụng lượng phận đẩy tàu ngầm vàhàng khơng mẫu hạm Nó ghi nhận an tồn hạt nhân, có lẽ u cầu nghiêm ngặt đô đốc Hyman G Rickover Hải quân Hoa Kỳ vận hành nhiều lò phản ứng hạt nhân đội quân khác bao gồm quân đội Liên Xơ, mà khơng có tình tiết công khai Tàu ngầm chạy lượng hạt nhân LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com USS Nautilus (SSN-571) hạ thủy tháng 12 năm 1954 Hai tàu ngầm Hoa Kỳ khác USS Scorpion vàUSS Thresher bị biển Hai tàu bị hỏng chức hệ thống liên quan đến lị phản ứng Những vị trí giám sát khơng biết rị rỉ xảy từ lò phản ứng boong Nhà máy lượng nguyên tử thương mại giới, Calder Hall Sellafield, Anh khai trương vào năm 1956 với công suất ban đầu 50 MW (sau nâng lên 200 MW) Còn nhà máy phát điện thương mại vận hành Hoa Kỳ lò phản ứng Shippingport (Pennsylvania, tháng 12 năm 1957) H2.Nhà máy điện hạt nhân Ikata H3.Tàu sử dụng lượng hạt nhân Năng lượng hạt nhân có vai trò tiềm to lớn thế, chất chế tạo thành lượng hạt nhân nào? II.Năng lượng hạt nhân công nghệ lò phản ứng 1.Năng lượng hạt nhân Nguồn gốc lượng hạt nhân ta nói lương sinh phản ứng phân hạch hạt nhân Phản ứng phân hạch hạt nhân – gọi phản ứng phân rã nguyên tử - q trình vật lý hạt nhân hố học hạt nhân mà hạt nhân nguyên tử LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bị phân chia thành hai nhiều hạt nhân nhỏ vài sản phẩm phụ khác Vì thế, phân hạch dạng chuyển hoá Các sản phẩm phụ bao gồm hạt nơtron , photon tồn dạng tia gama, tia beta tia alpha Sự phân hạch nguyên tố nặng phản ứng toả nhiệt giải phóng lượng lượng đáng kể dạng tia gama động hạt giải phóng (đốt nóng vật chất nơi xảy phản ứng phân hạch) VD: 236 * 139 95 n  235 92 U  92 U  54 Xe  38 Sr  n 236 * 95 138 n  235 92 U  92 U  39 Y  53 I  n H4.Phản ứng phân hạch Năng lượng phản ứng phân hạch hạt nhân sản sinh lượng dùng nhà máy điện hạt nhân vũ khí hạt nhân Sự phân hạch xem nguồn lượng hữu dụng số vật chất gọi nhiên liệu hạt nhân, vừa sản sinh nơtron tự vừa kích hoạt phản ứng phân hạch tác động nơtron tự Nhiên liệu hạt nhân phần phản ứng dây chuyền tự trì mà giải phóng lượng mức kiểm sốt lò phản ứng hạt nhân mức khơng thể kiểm sốt dùng chế tạo loại vũ khí hạt nhân Lượng lượng tự chứa nhiên liệu hạt nhân lớn gấp hàng triệu lần lượng lượng tự có khối lượng nhiên liệu hoá học tương đương dầu hoả, làm cho lượng hạt nhân trở thành nguồn lượng hấp dẫn, nhiên, chất thải hạt nhân có mức phóng xạ cao tồn lâu, hàng thiên niên kỷ Đi kèm với chất lượng hấp dẫn nguồn lượng hạt nhân tích tụ chất thải hạt nhân nguy huỷ diệt rộng lớn vấn đề trị gây nhiều tranh cãi vũ khí hạt nhân LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.Cơng nghệ lị phản ứng Lò phản ứng hạt nhân phần chu trình lượng hạt nhân Quá trình khai thác mỏ Các mỏ urani nằm lòng đất, khai thác theo phương thức lộ thiên, mỏ đãi chỗ Trong trường hợp nào, quặng urani chiết tách, thường chuyển thành dạng ổn định nén chặt bánh vàng (yellowcake), sau vận chuyển đến nhà máy xử lý Ở đây, bánh vàng chuyển thànhurani hexaflorua, loại sau lại đem làm giàu để sử dụng cho ngành công nghệ khác Urani sau làm giàu chứa 0,7% U-235 tự nhiên, sử dụng để làm cần nguyên liệu lò phản ứng đặc biệt Các cần nguyên liệu trải qua khoảng chu trình vận hành (tổng cộng khoảng năm) lò phản ứng, mặt tổng quát có khoảng 3% lượng urani tham gia vào phản ứng phân hạch, sau chúng chuyển tới hố nguyên liệu sử dụng, đồng vị có tuổi thọ thấp tạo từ phản ứng phân hạch phân rã Sau khoảng năm hố làm lạnh, nguyên liệu tiêu thụ nguội giảm tính phóng xạ đến mức xách được, chuyển đến thùng chứa khô đem tái xử lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cũng giống số trạm lượng nhiệt phát điện nhiệt từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, nhà máy lượng hạt nhân biến đổi lượng giải phóng từ hạt nhân ngun tử thơng qua phản ứng phân hạch Khi hạt nhân nguyên tử dùng để phân hạch tương đối lớn (thường urani 235 plutoni-239) hấp thụ nơtron tạo phân hạch nguyên tử Quá trình phân hạch tách nguyên tử thành hay nhiều hạt nhân nhỏ kèm theo động (hay gọi sản phẩm phân hạch) giải phóng tia phóng xạ gamma nơtron tự Một phần nơtron tự sau hấp thụ nguyên tử phân hạch khác tiếp tục tạo nhiều nơtron Đây phản ứng tạo nơtron theo cấp số nhân Phản ứng dây chuyền hạt nhân kiểm sốt cách sử dụng chất hấp thụ nơtron hòa nơtron để thay đổi tỷ lệ nơtron tham gia vào phản ứng phân hạch Các lị phản ứng hạt nhân hầu hết có hệ thống vận hành tay tự động để tắt phản ứng phân hạch phát điều kiện khơng an tồn Hệ thống làm lạnh giải phóng nhiệt từ lõi lò phân ứng vận chuyển nhiệt đến phận phát điện từ nhiệt sử dụng vào mục đích khác Đặc biệt chất làm lạnh nóng nguồn nhiệt dùng cho lò nung, nước nén từ lò nung làm quay tuốc bin nước vận hành máy phát điện Có nhiều kiểu lị phản ứng khác sử dụng nguyên liệu, chất làm lạnh chế vận hành khác Một vài mẫu thiết đạt yêu cầu kỹ thuật Lò phản ứng dùng tàu ngầm hạt nhân các tàu hải LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com quân lớn, ví dụ, thường sử dụng nhiên liệu urani làm giàu cao Việc sử dụng nguyên liệu urani làm giàu cao làm tăng mật độ lượng lò phản ứng gia tăng hệ số sử dụng tải lượng nhiên liệu hạt nhân, giá đắt có nhiều rủi ro so với nguyên liệu hạt nhân khác Một số kiểu lò phản ứng dùng cho nhà máy máy điện hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân hệ IV, đối tượng nghiên cứu sử dụng để thí nghiệm phát điện tương lai Một vài số kiểu thiết kế để đạt phản ứng phân hạch hơn, an tồn rủi ro gia tăng nhanh chóng vũ khí hạt nhân Các nhà máy an tồn thụ động (như lị phản ứng ESBWR) xây dựng kiểu khác thuyết phục Các lị phản ứng hợp hạch có triển vọng tương lai nhằm giảm bớt loại bỏ rủi ro liên quan đến phân hạch hạnh nhân III.An tồn phóng xạ hạt nhân Đi kèm với nguồn lượng lớn, phản ứng hạt nhân cịn mang theo nhiều phóng xạ gây nguy hại cho người sinh vật trai đất Và việc lưu giữ thải chất thải hạt nhân an tồn cịn thách thức chưa có giải pháp thích hợp An tồn hạt nhân bao gồm hành động để ngăn ngừa tai nạn hạt nhân xạ để hạn chế hậu Trách nhiệm an tồn hạt nhân bao gồm nhà máy điện hạt nhân tất sở hạt nhân khác, vận chuyển vật liệu hạt nhân, sử dụng lưu trữ vật liệu hạt nhân cho y tế, công nghiệp, sử dụng quân Trong khứ tại, chứng kiến nhiều tai nạn nghiêm trọng an toàn hạt nhân mà điển hình kể đến sau: Thảm họa Chernobyl Thảm hoạ nguyên tử Chernobyl xảy vào ngày 26 tháng năm 1986 nhà máy điện nguyên tử Chernobyl Pripyat, Ukraina (khi phần Liên Xô) bị nổ Đây coi vụ tai nạn hạt nhân trầm trọng lịch sử lượng hạt nhân Do khơng có tường chắn, đám mây bụi phóng xạ tung lên từ nhà máy lan rộng nhiều vùng phía tây Liên bang Xơ viết, Đông Tây Âu, Scandinav, Anh quốc, đông Hoa Kỳ Nhiều vùng rộng lớn thuộc Ukraina,Belarus Nga bị ô nhiễm nghiêm trọng, dẫn tới việc phải sơ tán tái định cư cho 336.000 người LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoảng 60% đám mây phóng xạ rơi xuống Belarus Theo báo cáo năm 2006 TORCH, nửa lượng phóng xạ rơi xuống bên lãnh thổ ba nước cộng hoà Xơ viết Thảm hoạ phát lượng phóng xạ lớn gấp bốn trăm lần so với bom nguyên tử ném xuống Hiroshima H.Mức độ ảnh hưởng thảm họa Chernobyl Gần tai nạn hạt nhân nhà máy điện hạt nhân Fukushima Nhật Bản Phõng xạ từ tai nạn nhà máy điện hạt nhân Fukushima lan rộng số vùng giới, gây hậu nghiêm trọng có nguy trở thánh Chernobyl thứ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Để tránh tai nạn hat nhân vấn đề quan trọng xử lí dịng chất thải từ nhà máy lượng hạt nhân nguyên liệu qua sử dụng Một lị phản ứng cơng suất lớn tạo mét khối (25–30 tấn) nguyên liệu qua sử dụng năm Nó bao gồm urani khơng chuyển hóa lượng lớn nguyên tử thuộc nhóm Actini (hầu hết plutoni curi) Thêm vào đó, có khoảng 3% sản phẩm phân hạch Nhóm actini (urani, plutoni, curi) có tính phóng xạ lâu dài, sản phẩm phân hạch có tính phóng xạ ngắn IV.Năng lượng nguyên tử Việt Nam Có thể bất ngờ biết Việt Nam nước giới tiếp xúc với nguyên tử Năm 1923, viên Radium Hà Nội thành lập với giúp đỡ Viện Radium Paris, mà viện trưởng đấu tiên bà Marie Curie, nhà khoa học lần tặng giải thưởng Nobel.(viện Radium Hà Nội Bệnh viện K) Vào năm 1955-1956, ngành y tế nước ta bắt đầu nhập máy xạ trị Coban 60 (là chất đồng vị phóng xạ nhân tạo) để điều trị bệnh ung thư Ngành địa chất, vào năm 1958-1960, bắt đầu sử dụng phương pháp phóng xạ carơta gama nơtron để thă dị đánh giá trữ lượng mỏ than mỏ quặng kim loại Từ sau ngày giải phóng miền Nam thống đất nước đến nay, việc sử dụng chất đồng vị phóng xạ phục vụ sản suất đời sống phát triển nhanh chóng Từ sở y học hạt nhân Hà Nội Tp Hồ Chí Minh năm 1975, đến có gần 30 sở trang bị máy móc đại sủ dụng chất đồng vị phóng xạ, phần nhập từ nước ngồi, phần sản suất lị phản ứng Đà Lạt Trong ngành nông, ngư nghiệp, kĩ thuật hạt nhân sử dụng để tạo giống trồng mới, bảo quản lương thực thực phẩm, đặc biệt hải sản suất Trong ngành công nghiệp, kĩ thuật hạt nhân áp dụng việc kiểm tra cơng trình xây dựng giao thông vận tải, nhà máy giấy, xi măng, hóa chất, nghiên cứu thủy văn, nghiên cứu sa bồi, cơng nghiệp dầu khí… Từ nhiều năm nay, với quan tâm giúp đỡcủa chuyên gia quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế mọt số nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Pháp,… nghiên cứu soạn thảo đề án xây dựng nhà máy điện hạt nhân nước ta miền Nam Trung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.http://vi.wikipedia.org/wiki/N%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_h%E1% BA%A1t_nh%C3%A2n 2.http://translate.google.com.vn/translate?hl=vi&langpair=en|vi&u=http://library.th inkquest.org/3471/nuclear_energy.html 3.http://translate.google.com.vn/translate?hl=vi&langpair=en|vi&u=http://en.wikip edia.org/wiki/Nuclear_power 4.http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=vi&langpair=en|vi&u=http ://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power&rurl=translate.google.com.vn&usg=ALkJ rhg-QNTU-VQHOeXOU962Hbee9VrK-Q#Nuclear_fusion 5.http://www.hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/bai-nghiencuu/178.html 6.http://translate.google.com.vn/translate?hl=vi&langpair=en|vi&u=http://en.wikip edia.org/wiki/Atomic_energy 7.http://vi.wikipedia.org/wiki/L%C3%B2_ph%E1%BA%A3n_%E1%BB%A9ng_ h%E1%BA%A1t_nh%C3%A2n 8.Vật Lý nguyên tử hạt nhân/ Lê Chấn Hùng Vật Lý nguyên tử hạt nhân/ Nguyễn Minh Thủy, 10.Cơ sở Vật Lý tập 6/ David Halliday 11.Vật Lí hạt nhân/ Nguyễn Triệu Tú 12.Năng lượng nguyên tử xa mà gần/ Đinh Ngọc Lân LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... sử dụng lượng hạt nhân Năng lượng hạt nhân có vai trị tiềm to lớn thế, chất chế tạo thành lượng hạt nhân nào? II .Năng lượng hạt nhân cơng nghệ lị phản ứng 1 .Năng lượng hạt nhân Nguồn gốc lượng. .. khoa học nguyên tử hiểu biết người giới vô bé cấu tạo lên giới Trong khuôn khổ tiểu luận, ta không sâu vào tìm hiểu chế, chất nguyên tử hay sản sinh lượng hạt nhân mà đưa đến nhìn tổng quan lượng. .. 8.Vật Lý nguyên tử hạt nhân/ Lê Chấn Hùng Vật Lý nguyên tử hạt nhân/ Nguyễn Minh Thủy, 10.Cơ sở Vật Lý tập 6/ David Halliday 11.Vật Lí hạt nhân/ Nguyễn Triệu Tú 12 .Năng lượng nguyên tử xa mà