Kỹ thuật năng lượng nhiệt điện đề tài bức xạ hạt nhân và phương pháp xử lý chất thải phóng xạ trong nhà máy nhiệt điện hạt nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ – CƠNG NGHỆ TIỂU LUẬN MƠN HỌC KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐIỆN BỨC XẠ HẠT NHÂN & PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI PHÓNG XẠ TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẠT NHÂN Nhóm: PHẠM DUY HẠNH Lớp: DH19NL Tháng 05/2023 DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM STT 10 11 12 13 MSSV HỌ TÊN PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ 1913700 Châu Thanh Hoàng Nội dung chương (2.3.1; 1913700 Anh Nguyễn Vương 2.3.2; 2.3.3), pp + word Nội dung chương (2.3.1; 1913700 Chiến 2.3.2; 2.3.3), pp + word Nội dung chương (2.5.1; 1913701 1913702 1913702 1913703 1913704 2013710 1913705 1913706 1913707 1913707 Huỳnh Tấn Cường 2.5.2; 2.5.3), pp + word Phạm Duy Hạnh Tổng hợp Phạm Văn Trí Nội dung chương (2.4; Hùng 2.4.2; 2.4.2.1), pp + word Nội dung chương 1, pp + Nguyễn Minh Huy Phạm Đình Khởi Phạm Nhật Nam word Nội dung chương (2.2; 2.2.1; 2.2.2), pp + word Nội dung chương (2.5.7; 2.5.8; 2.5.9), pp + word Nội dung chương (2.4; Nguyễn Trọng Phú Thái Đức Sơn Nguyễn Đăng Tân Bùi Quang Thoại Huỳnh Quốc Tuấn 2.4.1), pp + word Nội dung chương (2.4; 2.4.2.2; 2.4.2.3), pp + word Nội dung chương (2.1; 2.1.1; 2.1.2), pp + word Nội dung chương (2.3.1; 2.3.2; 2.3.3), pp + word Nội dung chương (2.5.4; 2.5.5; 2.5.6), pp + word i ĐÁNH GIÁ Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực Tích cực MỤC LỤC DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM .i MỤC LỤC .ii DANH SÁCH CÁC HÌNH .iv TÓM TẮT NỘI DUNG v CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.1 Lịch sử phát triển, tình hình nhà máy điện hạt nhân giới 2.1.1 Lịch sử phát triển .2 2.1.2 Tình hình nhà máy điện hạt nhân giới 2.2 Ưu, nhược điểm điện hạt nhân 2.2.1 Ưu điểm[5] 2.2.2 Nhược điểm[5] 2.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại nhà máy điện hạt nhân 2.3.1 Cấu tạo nhà máy điện hạt nhân 2.3.2 Nguyên lý hoạt động nhà máy điện hạt nhân[7] 2.3.3 Phân loại nhà máy điện hạt nhân[7] 2.4 Những vấn đề phát sinh vận hành nhà máy Phóng xạ hạt nhân .13 2.4.1 Những vấn đề phát sinh vận hành nhà máy .13 2.4.2 Phóng xạ hạt nhân 15 2.4.2.1 Tổng quan phóng xạ hạt nhân[8] 15 2.4.2.2 Các chất thải phát sinh trình sản xuất điện hạt nhân[8] 18 2.4.2.3 Tác hại phóng xạ hạt nhân 19 2.5 Kỹ thuật xử lý chất thải hạt nhân giới .22 2.5.1 Tái chế nhiên liệu qua sử dụng[10] 22 2.5.2 Lưu giữ tạm thời nhiên liệu cháy[11] 24 2.5.3 Đưa vào không gian (Disposal in outerspace) 25 2.5.4 Chơn sâu lịng đất (Deep boreholes) 27 2.5.5 Chôn lấp đáy biển (Disposal at sea) .28 ii 2.5.6 Chôn sông băng (Disposal in ice sheets) .30 2.5.7 Chôn lấp vùng hút chìm (Disposal at a subduction zone)[9] 31 2.5.8 Cất giữ đá nhân tạo[9] 32 2.5.9 Rút ngắn chu kỳ bán rã (Giant laser transmutes nuclear waste)[14] 33 CHƯƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 DANH SÁCH CÁC HÌNH iii Hình 2.1 Sản xuất điện hạt nhân khu vực giới 1970-2020[2] .3 Hình 2.2 Cơng suất phát điện hạt nhân (triệu kW), Sản xuất điện hạt nhân (tỷ KWh), Tỷ trọng hạt nhân tổng sản lượng điện đất nước (%) quốc gia sản xuất điện hạt nhân hàng đầu, 2019[4] Hình 2.3 Tâm lị phản ứng nhà máy điện hạt nhân[7] Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện hạt nhân[7] Hình 2.5 Lị khí (Gas Cooled Reactor – GCR)[7] .9 Hình 2.6 Lị nước nặng (Heavy Water Reactor - HWR)[7] .10 Hình 2.7 Lị nước nhẹ PWR (Pressurized Water Reactor)[7] 11 Hình 2.8 Lị nước nhẹ BWR (Boiling Water Reactor)[7] 11 Hình 2.9 Lị phản ứng hạt nhân tái sinh nhanh (Fast Breeder Reactor - FBR)[7] 12 Hình 2.10 Các vụ nổ hạt nhân gây nhiễm phóng xạ[18] .21 Hình 2.11 Sơ đồ chu trình nhiên liệu khép kín theo đề xuất GNEP - Global Nuclear Energy Partnership[10] 23 Hình 2.12 Sẽ thảm hoạ cho toàn hành tinh tên lửa chở chất thải hạt nhân phát nổ sau phóng[12] 26 Hình 2.13 Phương pháp chơn chất thải sâu lịng đất[14] 27 Hình 2.14 Đáy biển với lớp phù sa dày hấp thụ phóng xạ, việc khoan hố chơn gặp phải rủi ro khoan nhầm giếng dầu gây thảm họa[9] 28 Hình 2.15 Chôn sông băng gặp phải nhiều trở ngại khách quan tượng nóng lên tồn cầu làm sơng băng, núi băng tan chảy nhiều[14] 30 Hình 2.16 Giải pháp gợi ý việc đưa thùng chứa chất thải hạt nhân xuống dọc theo vùng hút chìm mảng kiến tạo[9] 31 Hình 2.17 Các loại đá nhân tạo có khả lưu trữ chất thải hạt nhân lâu dài[9] 31 Hình 2.18 Máy Laser Vulcan[14] 32 iv TÓM TẮT NỘI DUNG Bài tiểu luận với đề tài “Bức xạ hạt nhân & phương pháp xử lý chất thải phóng xạ nhà máy nhiệt điện hạt nhân” bao gồm nội dung sau: Một là, Lịch sử phát triển qua giai đoạn, tình hình sản xuất điện hạt nhân giới thay đổi qua năm Hai là, Hiểu ưu, nhược điểm điện hạt nhân để phân tích, đánh giá phương diện có nên sử dụng phát triển điện hạt nhân hay không Ba là, Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, từ ta phân loại nhà máy điện hạt nhân tùy thuộc vào việc sử dụng chất tải nhiệt, chất làm chậm cấu trúc lò Bốn là, Những vấn đề phát sinh vận hành nhà máy giải pháp an toàn Các chất thải hạt nhân tất cơng đoạn chu trình tạo sử dụng nhiên liệu hạt nhân tháo dỡ sở hạt nhân Tác hại phóng xạ hạt nhân mơi trường Năm là, Một số kỹ thuật xử lý chất thải hạt nhân giới đối mặt với vấn đề chất thải hạt nhân rủi ro từ chúng Qua q trình nghiên cứu, tìm tịi tham khảo số tài liệu internet sách liên quan, nhóm thu kết kỹ thuật xử lý chất thải hạt nhân giới để phục vụ cho đề tài Sau nửa kỷ phát triển điện hạt nhân, quy trình xử lý chất thải hạt nhân truyền thống tích trữ hầm, kho chứa nhà máy ngày lớn trở thành gánh nặng quốc gia Đối mặt với tình trạng này, nhà khoa học giới đưa nhiều giải pháp xử lý chất thải hạt nhân khác nhau, như: Đưa vào không gian, chôn sâu đất, chôn lấp đáy biển, chơn lấp đáy hút chìm, chơn sâu băng, cất giữ đá nhân tạo, rút ngắn chu kỳ bán rã, Tuy nhiên, tất phương pháp nói chưa kiểm chứng nhiều thực tiễn, chưa đem lại an toàn tuyệt đối, tạo áp lực không nhỏ cho quốc gia trình triển khai kế hoạch phát triển điện hạt nhân v CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày lượng hóa thạch ngày cạn kiệt dần cần phải có nguồn lượng để thay Dạng lượng thay cho nhiên liệu hoá thạch lượng mặt trời lượng từ sức gió Các dạng lượng cần phải phát triển, khai thác để sử dụng Tuy nhiên giá thành cao cần diện tích lớn nên dạng lượng cung cấp 10% tổng số lượng cần thiết Chính vậy, lượng mà nhân loại sử dụng lâu dài thời gian tới phải dựa vào lượng hạt nhân Mặc dù, điểm ưu việt lượng hạt nhân cơng nghệ sạch, có khả quy mô lớn để cung cấp nguồn điện ổn định, liên tục chất thải phóng xạ vấn đề chưa giải Do chất độc hại chất thải hạt nhân nên phải sử dụng phương pháp xử lý thích hợp, khơng hậu thảm khốc Do vậy, thách thức lớn ngành công nghệ hạt nhân vấn đề xử lý cất giữ chất thải Lý đơn giản chất thải hạt nhân có đồng vị phóng xạ tồn sau hàng trăm nghìn năm Đó lý để nhóm chúng em thực đề tài Thông qua đề tài này, mục tiêu mà chúng em hướng đến tìm phương pháp xử lý chất thải nhà máy điện hạt nhân mà nhà khoa học giới đưa ra, nhiên chưa kiểm chứng nhiều thực tiễn Đồng thời, qua tiểu luận này, giúp cho sinh viên nâng cao kiến thức rõ khả vận dụng kiến thức học, ứng dụng vào việc giải vấn đề liên quan đến nhà máy điện hạt nhân CHƯƠNG NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.1 Lịch sử phát triển, tình hình nhà máy điện hạt nhân giới 2.1.1 Lịch sử phát triển a) Nhà máy điện hạt nhân giới[1]: - Điện lần sản xuất lượng hạt nhân vào ngày 20/12/1951 lò thử nghiệm EBR-1 Mỹ thắp sáng bốn bóng đèn nhà máy điện hạt nhân thương mại giới bắt đầu hoạt động vào thập niên 1950 - Ngày 26/6/1954, tổ máy điện hạt nhân đầu với công suất 5MW(e) đưa vào vận hành tại Obninsk thuộc Liên Xô cũ Nhà máy điện hạt nhân giới Obninsk khơng xí nghiệp sản xuất điện mà cịn có mục đích khác đào tạo chun gia điều khiển lò phản ứng hạt nhân tàu ngầm Tuy nhiên, sau nguy chiến tranh hạt nhân giảm đi, nhiệm vụ nhà máy điện hạt nhân Obninsk thay đổi Cơ sở từ trở thành phịng thí nghiệm khoa học có đóng góp vơ giá vào phát triển khoa học Nga - Nhà máy điện hạt nhân Obninsk phục vụ cho khoa học ngành lượng thời gian 48 năm Ngày 29/4/2002, lò phản ứng ngừng hoạt động Nhà máy biến thành Viện bảo tàng ngành công nghiệp hạt nhân Nga b) Sơ lược trình phát triển điện hạt nhân giới[1]: Sau nhà máy điện hạt nhân Obnisk, Liên Xô cũ, giới xuất lò phản ứng đại sáng chế sử dụng nhà máy điện hạt nhân mang lại kinh nghiệm bổ ích lĩnh vực phát triển ngành lượng hạt nhân Có thể sơ lược q trình phát triển điện hạt nhân giới qua giai đoạn sau: - Giai đoạn năm 1950-1960: Đây giai đoạn khởi đầu, công nghệ gần chưa thương mại hóa Sau tổ máy điện hạt nhân đầu Obninsk thuộc Liên Xô cũ, năm 1956, Nhà máy điện nguyên tử Calder Hall thuộc Vương quốc Anh có quy mơ cơng nghiệp giới vận hành Tại Mỹ, dựa kinh nghiệm thành cơng xây dựng lị phản ứng PWR cho tàu ngầm nguyên tử, Công ty Mỹ Westinghouse xây dựng nhà máy điện hạt nhân dùng lò PWR Shippingport bang Pensylvania với công suất 60MW, bắt đầu hoạt động vào năm 1957 Nhìn chung giai đoạn này, phát triển điện hạt nhân chủ yếu nhằm mục tiêu phát triển khoa học, công nghệ xây dựng tiềm lực hạt nhân bảo đảm an ninh quốc gia - Giai đoạn 1970-1980: Giai đoạn công nghệ điện hạt nhân thương mại hóa cao Cuộc khủng hoảng dầu mỏ giới xảy vào thời gian làm cho nhiều quốc gia đẩy nhanh tốc độ phát triển điện hạt nhân, nâng tỷ trọng điện hạt nhân sản lượng điện toàn cầu tăng gần hai lần, từ 9% lên 17% Đây giai đoạn hoàng kim điện hạt nhân - Giai đoạn cuối thập niên 1980 năm 1990: Sau cố Chernobyl (1986), phản đối công chúng, yếu tố trị địi hỏi tăng cường yêu cầu an toàn làm cho tốc độ xây dựng điện hạt nhân giảm mạnh - Giai đoạn từ đầu kỷ XXI tới nay: Xu hướng phát triển điện hạt nhân có thay đổi tích cực an ninh lượng có ý nghĩa định công nghệ điện hạt nhân ngày nâng cao 2.1.2 Tình hình nhà máy điện hạt nhân giới Hình 2.1 Sản xuất điện hạt nhân khu vực giới 1970-2020[2] - Vào năm 2020, nhà máy điện hạt nhân cung cấp 2553 TWh điện, giảm so với năm 2019 (2657 TWh) Trước năm 2020, sản lượng điện từ lượng hạt nhân tăng bảy năm liên tiếp - Covid-19 lượng hạt nhân: Bệnh Coronavirus 2019 (Covid-19) bệnh truyền nhiễm SARS-CoV-2 gây hội chứng hơ hấp cấp tính nghiêm trọng Đại dịch dẫn đến việc phủ tồn giới thực hành động liệt có tác động đến phần lớn xã hội đặc biệt vào năm 2020 2021 Các lò phản ứng hạt nhân đóng vai trị quan trọng nhiều quốc gia việc đảm bảo nguồn cung cấp điện trì đại dịch Covid-19 Cơng nghệ hạt nhân sử dụng để phát chống lại virus[3] - Năm quốc gia sản xuất điện hạt nhân hàng đầu năm 2019[4]: Hình 2.2 Cơng suất phát điện hạt nhân (triệu kW), Sản xuất điện hạt nhân (tỷ KWh), Tỷ trọng hạt nhân tổng sản lượng điện đất nước (%) quốc gia sản xuất điện hạt nhân hàng đầu, 2019[4] Vào năm 2019, 31 quốc gia có nhà máy điện hạt nhân 14 số quốc gia, lượng hạt nhân cung cấp 20% tổng sản lượng điện hàng năm họ Hoa Kỳ có cơng suất phát điện hạt nhân lớn tạo nhiều điện hạt nhân quốc gia khác Pháp với công suất phát điện hạt nhân lớn thứ hai sản xuất điện hạt nhân cao thứ hai, có tỷ trọng lớn - khoảng 70% - tổng sản lượng điện hàng năm từ lượng hạt nhân