Tìm hiểu khái quát về nănglượng hạt nhân Khái niệm nguyên tử đã tồn tại trong hàng nghìn năm qua nhưng chỉ trong hai thế kỷ gần đây, con người mới bắt đầu hiểu được những điều đầu tiên v
Trang 1Tìm hiểu khái quát về năng
lượng hạt nhân
Khái niệm nguyên tử đã tồn tại trong hàng nghìn năm qua nhưng chỉ trong hai thế kỷ gần đây, con người mới bắt đầu hiểu được những điều đầu tiên về nguồn sức mạnh khủng khiếp chứa trong vật thể có khối lượng nhỏ xíu đó.
Trước Thế chiến thứ II, các chương trình nghiên cứu về hạt nhân chủ yếu tập trung vào phát triển những loại vũ khí phòng thủ Sau đó, các nhà khoa học mới tập trung vào các công dụng hoà bình của công nghệ hạt nhân, trong đó có công dụng vô cùng quan trọng là sản sinh ra nguồn điện năng dồi dào phục vụ cho công nghiệp và đời sống
Sức mạnh khổng lồ ẩn trong hình hài nhỏ bé
Chính các nhà khoa học cổ đại người Hy Lạp là những người đầu tiên tìm cách chứng minh rằng, mọi vật chất đều được cấu thành từ những hạt vô cùng nhỏ
bé mà mắt thường không nhìn thấy, gọi là nguyên tử Từ nguyên tử (atomic) có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp (atomos) có nghĩa là “không thể tách rời”
Trang 2Chiếm khối lượng chủ yếu (gần như là toàn bộ) của nguyên tử là Hạt nhân nguyên tử, hay còn được gọi tắt là hạt nhân Nó là cấu trúc vật chất đậm đặc (có mật độ cực lớn - đạt đến 100 triệu tấn trên một centimet khối) Về cơ bản, theo các hiểu biết hiện nay thì hạt nhân nguyên tử có kích thước nằm trong vùng giới hạn bởi bán kính cỡ 10-15m, được cấu tạo từ hai thành phần là proton và notron
Trải qua nhiều chương trình nghiên cứu về cấu trúc của nguyên tử của những nhà hoá - lý học nổi tiếng trong suốt nhiều thế kỷ sau đó, đặc biệt là trong thế kỷ 18, cho tới đầu những năm 1900, họ mới khám phá ra rằng những nguyên
tử vô cùng nhỏ bé đó lại có chứa trong nó một nguồn năng lượng rất lớn
Người được cho là cha đẻ của ngành khoa học hạt nhân là nhà lý-hoá học người Anh Ernest Rutherford, với giả thuyết đầu tiên ông đưa ra vào năm 1904 cho rằng: “Nếu con người có thể điều khiển được tốc độ phân rã của các nguyên tố phóng xạ, thì người ta có thể thu được một lượng lớn năng lượng từ một lượng nhỏ vật chất”
Một năm sau, Albert Einstein đã phát triển lý thuyết trên của ông về mối quan hệ giữa năng lượng và khối lượng của nó bằng biểu thức toán học là: E = mc2, hay “năng lượng bằng khối lượng nhân với bình phương tốc độ ánh sáng” Và nhân loại phải mất tới 35 năm sau đó mới có thể chứng minh được lý thuyết của 2 nhà khoa học trên là đúng
Hai quá trình thu năng lượng hạt nhân
Trang 3Khi con người đã chứng minh được nguyên tử chứa nguồn năng lượng rất lớn, họ bắt đầu nghiên cứu và tìm kiếm các phương pháp có thể khai thác được nguồn năng lượng đó, bắt nó phục vụ cho các mục đích của mình
Năng lượng hạt nhân được thu thập từ hai quá trình là tổng hợp hoặc phân hạch hạt nhân của nguyên tử:
Tổng hợp hạt nhân là quá trình làm cho hai hạt nhân hợp lại với nhau để tạo nên một hạt nhân mới nặng hơn cùng với sự giải phóng hoặc hấp thu năng lượng
Sự phát sáng của các ngôi sao chính là một phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nguyên tử nhẹ (như hydro, heli…) tạo ra Và phản ứng này còn được ứng dụng trong chế tạo bom hydrogen hay còn gọi là bom nhiệt hạch
Ngược lại với quá trình tổng hợp hạt nhân là quá trình phân hạch Hạt nhân nguyên tử bị phân chia thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn và các sản phẩm phụ Năng lượng do phản ứng phân hạch hạt nhân sinh ra được ứng dụng để sản xuất điện hạt nhân và vũ khí hạt nhân
Phản ứng phân hạch hạt nhân được Enrico Fermi (Ý) thực hiện đầu tiên vào năm 1934 khi ông dùng hạt neutron bắn phá hạt nhân uranium để giúp sản sinh ra nguồn năng lượng lớn, đồng thời chứng minh được rằng neutron có khả năng phân tách được nhiều loại nguyên tử
Uranium – nguyên liệu lý tưởng cho sản xuất năng lượng hạt nhân
Nguyên tố uranium được phát hiện vào năm 1789 bởi nhà hoá học người Đức Martin Klaproth và tên của nó được ông đặt theo tên của sao Thiên Vương
Trang 4(Uranus) Đó là một nguyên tố kim loại, màu bạc và khi ra ánh sáng nó hoá đen do phản ứng hoá học khi tiếp xúc với không khí Ở dạng tự nhiên nó có trong đá Uranit Uranium là một kim loại rất nặng 30,48 cm3uranium đã có trọng lượng tới gần nửa tấn Nó là hỗn hợp tự nhiên của hai nguyên tố đồng vị uranium 238 và uranium 235
Năng lượng của 1g uranium phân hạch khoảng 6,1x1010J, tương đương với năng lượng thu được khi đốt 2 tấn dầu hay 3 tấn than đá Ngoài ra, uranium phân
bổ rất rộng trên Trái Đất Trữ lượng có khả năng khai thác được vào khoảng 4 triệu tấn và có thể khai thác trong khoảng 60 năm
Uranium 235 là một trong số các đồng vị rất dễ phân hạch Dưới tác động của neutron trong quá trình phân hạch, U235 tách ra thành hai nguyên tử nhẹ gọi
là các sản phẩm phân hạch Quá trình phân hạch sẽ làm nó mất đi một phần khối lượng và phần khối lượng mất đi đó đã chuyển hoá thành năng lượng Năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt Càng có nhiều sự va chạm của các neutron với các nguyên tử khác, tạo thành một phản ứng dây chuyền tự duy trì sẽ sinh ra nhiệt lượng lớn
Nguồn nguyên liệu thứ 2 có thể dùng để khai thác sản xuất năng lượng hạt nhân là plutonium (Pu) Plutonium là nguyên tố phóng xạ nhân tạo được tạo thành
do bắn phá hạt nhân uranium Uranium 238 hấp thụ neutron và trở thành uranium
239 Hạt nhân mới này giải phóng tia beta trở thành hạt nhân neptunium, rồi lại phát ra tia beta lần nữa để trở thành 239 Pu