Tiểu Luận Sử dụng năng lượng hạt nhân vì mục đích hòa bình (nhóm 5)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG & BẢO HỘ LAO ĐỘNG Môn học ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG BTKN 01 Chủ đề : SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÌ MỤC ĐÍCH HÒA BÌNH Nhóm: 05 STT Sinh viên MSSV 1 Lê Thị Trúc Linh 91202137 2 Lê Diệu Linh 91202136 3 Lê Thị Thu Thanh 91202201 4 Trịnh Khắc Tuấn 91202063 5 Lê Hoàng Tuấn 91301183 6 Trần Thanh Vy 91202272 Nộp bài: 23g30 ngày 27/ 8 /2014 Tp. Hồ Chí Minh, 2014 1  Mục lục ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, bên cạnh việc đầu tư phát triền kinh tế, thế giới cũng đã quan tâm nhiều đến việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Một trong những vấn đề đó là tìm ra nguồn năng lượng mới vừa đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thế giới đảm bảo an ninh năng lượng giữa các quốc gia vừa thân thiện, không gây tác động xấu tới môi 2 trường. Điều này đang là một thách thức lớn cho các nhà khoa học nói riêng và thế giới nói chung, nhất là trong giai đoạn mà các nguồn năng lượng hóa thạch như than đá, dầu mỏ, khí đốt đang ngày càng cạn kiệt. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng dụng vật lí vào lĩnh vực năng lượng và đang đưa vào hoạt động một năng lượng mới đó là năng lượng hạt nhân nhưng vẫn còn nhiều tranh cãi trong việc sử dụng năng lượng này thay cho các nguồn năng lượng khác. Trên thực tế, năng lượng hạt nhân vừa có những lợi ích cho đời sống nhưng cũng có những hạt chế riêng mà dư luận cũng như khoa học còn đang tranh cãi và đưa ra 2 ý kiến trái ngược: một là ủng hộ sử dụng năng lượng hạt nhân cho mục đích hòa bình, một là phản đối. Tuy nhiên, năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng mới mang lại lợi ích lớn cho nhân loại và ít ảnh hưởng đến môi trường nếu chúng ta hiểu biết và kiểm soát tốt các quá trình phản ứng của lò hạt nhân. Chính vì thế mà nhiều nước trên thế giới cũng như Việt Nam đã thực hiện dự án nhà máy điện hạt nhân và mang lại nhiều lợi ích đáp ứng nhu cầu năng lượng. Nhưng bên cạnh đó các nước thực hiện dự án cũng phải tốn nhiều chi phí để đầu tư trang thiết bị, đảm bảo kiểm soát tốt các phản ứng tránh gây rò rỉ chất phóng xạ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng sức khỏe con người. GIỚI THIỆU VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN 3 1. Định nghĩa: Năng lượng hạt nhân là một loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát. Trên thực tế khi nói đến năng lượng hạt nhân, người ta có thể nghĩ đến mục đích không chính đáng như làm vũ khí hạt nhân, bom nguyên tử và quá trình phản ứng xảy ra cũng giống với trong nhà máy điện hạt nhân nhưng có điểm khác biệt là nhà máy điện hạt nhân có sự kiểm soát tốc độ phát sinh notron và lượng notron tham gia vào phản ứng, nếu không kiểm soát tốt thì cũng gây thảm họa như bom nguyên tử. 2. Cơ sở hình thành: Cũng giống như một số trạm năng lượng nhiệt phát điện bằng nhiệt năng từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, các nhà máy năng lượng hạt nhân biến đổi năng lượng giải phóng từ hạt nhân nguyên tử thông qua phản ứng phân hạch Có 3 phương pháp chính để có được năng lượng này: phân hạch hạt nhân, tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ.Tuy nhiên, hiện nay chỉ có phương pháp phân hạch hạt nhân là được sử dụng phổ biến. Phân hạch hạt nhân hay phân rã nguyên tử là phản ứng mà trong đó từ một hạt nhân nguyên tử ban đầu tương đối lớn hấp thụ notron bị phân tách ra thành 2 hay nhiều hạt nhân nhỏ hơn và các neutron, photon, tia phóng xạ gamar đồng thời tỏa ra một lượng lớn năng lượng – nguồn năng lượng chúng ta sẽ sử dụng để tạo ra điện. Trong mỗi lò phản ứng hạt nhân có nguyên liệu ( thường là Uranium 235 hoặc Plutoni 239), thành phần thiết bị và hệ thống làm mát. 4 Hình 1: Lò phản ứng hạt nhân Quá trình phân hạch: Hạt nhân nguyên tử bị tách ra thành 2 hay nhiều hạt nhỏ hơn và thải ra động năng kèm theo tia gramma và notron tự do. Các notron này lại được hấp thụ bởi nguyên tử phân hạch khác và tạo ra nhiều notron hơn. Cứ như thế quá trình diễn ra theo cấp số nhân và tạo ra nguồn năng lượng khổng lồ. Hệ thống làm mát có chức năng giải phóng nhiệt từ lò phản ứng và dẫn nhiệt đến bộ phận phát điện, tại đây nhiệt sẽ được sử dụng cho các lò nung và hơi nước nén từ lò nung sẽ làm quay các tuabin hơi nước và vận hành các máy phát điện hoặc để phục vụ cho các hoạt động khác ( tạo điện, lực đẩy…).Để kiểm soát quá trình này người ta sử dụng chất hấp thụ notron và bộ điều hòa để điều chỉnh lượng notron tham gia vào phản ứng thông qua hệ số nhân notron k. K=1: phản ứng hạt nhân xảy ra ổn định K>1: phản ứng mất ổn định, số notron trong lò phản ứng tăng quá nhiều, người ta sẽ cho thanh điều khiển ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu phân hạch để hấp thụ notron thừa. Phản ứng hạt nhân : U 235 + notron chuyển hóa U 236 phân tách Kr 92 + Ba 141 + năng lượng lớn + neutron + photon Năng lượng sinh ra sẽ được tận dụng, thu hồi để đung nóng nước, tạo ra hơi nước và làm quay tuabin sinh ra điện, gọi là điện hạt nhân. 5 Hình 2: Phản ứng hạt nhân Có nhiều kiểu lò phản ứng khác nhau sử dụng các nguyên liệu, chất làm lạnh và các cơ chế vận hành khác nhau. Một số kiểu lò phản ứng mới dùng cho các nhà máy máy điện hạt nhân, như các lò phản ứng hạt nhân thế hệ IV, là đối tượng nghiên cứu và có thể được sử dụng để thí nghiệm phát điện trong tương lai. Một vài trong số các kiểu mới này đang được thiết kế để đạt được các phản ứng phân hạch sạch hơn, an toàn hơn và ít rủi ro hơn đối với sự gia tăng nhanh chóng các vũ khí hạt nhân. Các nhà máy an toàn thụ động (như lò phản ứng ESBWR) đang được xây dựng và các kiểu khác đang được thuyết phục. Các lò phản ứng hợp hạch có thể có triển vọng trong tương lai nhằm giảm bớt hoặc loại bỏ những rủi ro liên quan đến phân hạch hạt nhân. Hình 3. Nhà máy năng lượng hạt nhân Cattanom 6 3. Thực trạng sử dụng điện hạt nhân: Đến năm 2005, năng lượng hạt nhân cung cấp 2,1% nhu cầu năng lượng thế giới và chiếm 15% sản lượng điện thế giới, trong đó chỉ tính riêng Hoa Kì, Pháp, Nhật sản lượng điện từ hạt nhân chiếm 56,5% tổng nhu cầu điện của 3 nước. Đến năm 2007, theo báo cáo của cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) có 439 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động trên thế giới, thuộc 31 quốc gia. Trong năm 2007, sản lượng điện hạt nhân giảm còn 14%, nguyên nhân chính là do trận động đất xảy ra vào ngày 16/7/2007 ở phía tây Nhật bản làm nước này phải ngưng 7 lò phản ứng hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa. Ngoài ra còn do thiếu nguồn nhiên liệu ở Hàn quốc, Đức. 2011 có khoảng 443 nhà máy hạt nhân trên toàn thế giới, đặt tại 47 quốc gia khác nhau. Hoa Kì sản xuất nhiều năng lượng hạt nhân nhất cung cấp 19% lượng điện tiêu thụ , ở Pháp sản lượng điện hạt nhân cao nhất lên đến 78% vào năm 2006. Litva đang là nước phụ thuộc lớn nhất vào năng lượng hạt nhân, nó cung cấp 76,2% nhu cầu năng lượng của nước này. Trong toàn Liên minh châu Âu, điện hạt nhân cung cấp 30% nhu cầu điện của khu vực. Tại Việt Nam, năm 2010 đã kí với Mỹ bản ghi nhớ về hợp tác trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân và dự định năm 2014 sẽ xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên tại Ninh Thuận, nhằm sử dụng năng lượng hạt nhân vì mục đích hòa bình, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế, nhưng đến nay dự án này vẫn đang còn trong quá trình xem xét liệu rằng Việt Nam có đủ khả năng quản lí tốt lò phản ứng hạt nhân và không có sự cố đáng tiếc xảy ra hay không. 4. Xu hướng trong tương lai của lò hơi hạt nhân Cũng giống như những lò hơi cổ điển, hơi nước sinh ra từ lò hơi hạt nhân ngoài dùng để sản xuất điện còn phục vụ các nhu cầu sinh hoạt khác. Tuy nhiên lò hơi hạt nhân có nhiều ưu điểm hơn: 1.Với cùng một công suất, thể tích cũng như khối lượng riêng của một lò hơi hạt nhân cao hơn. 2.Vì không cần đến bãi dự trữ nhiên liệu, diện tích cần thiết để lắp đặt và vận hành một lò hơi hạt nhân nhỏ hơn rất nhiều. 7 3.Một lò hơi hạt nhân an toàn và ít ô nhiễm hơn mọi phương tiện biến đổi năng lượng khác. 4.Công suất một lò hơi hạt nhân có thể lên tới 3.000 MW năng lượng nhiệt và những lò đang được khai triển lại còn có công suất lớn hơn nữa. 5.Những kiểu lò hơi hạt nhân có công suất nhỏ, khoảng 100-200 MW năng lượng nhiệt, và có lõi lò bất khả xâm trong một thùng giam hãm chỉ có một đầu vào và một đầu ra của mạch hơi nước đang được khai triển để có thể phổ biến những áp dụng của năng lượng hạt nhân mà không e ngại về tăng sinh vũ khí hạt nhân. Với những ưu điểm này, trong tương lai có thể áp dụng lò hơi hạt nhân vào sử dụng cho các dự định mà trước đây chưa thể thực hiện được: 1.Đặt một lò hơi hạt nhân ở những nơi đất hẹp người đông như là những khu công nghiệp hay là ngoại ô những thành phố. 2.Khai triển những áp dụng công nghiệp cần đến rất nhiều hơi nước hay nhiệt năng mà cho tới nay công suất của những lò hơi cổ điển không cho phép thực hiện. 3.Đặt lò hơi hạt nhân có công suất nhỏ để cung cấp năng lượng trên những nền di động như là tầu biển và dàn khai thác dầu khí. 4.Thay thế lò hơi cổ điển bằng lò hơi hạt nhân công suất nhỏ ở những nơi có ít nhu cầu nhiệt năng mà không sợ những vật liệu phân hạch bị đánh cắp. 5.Thay thế sản xuất nhiệt năng tập trung vào một lò hơi lớn bằng một mạng nhiệt năng liên kết với nhiều lò hơi hạt nhân nhỏ để có nhiều nguồn hơi nước bảo đảm cung cấp hơi liên tục. 8 ĐÁNH GIÁ VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN Hiện nay có 2 ý kiến trái chiều về năng lượng hạt nhân dùng cho mục đích hòa bình : sử dụng năng lượng của phản ứng hạt nhân để tạo ra điện phục vụ nhu cầu cho đời sống – một là ủng hộ sử dụng năng lượng hạt nhân và một là phản đối . Mỗi ý kiến đều có những lí do biện minh riêng cho mình, riêng nhóm đưa ra ý kiến là ủng hộ việc sử dụng năng lượng hạt nhân cho mục đích hòa bình: thu hồi nguồn nhiệt sinh ra trong phản ứng hạt nhân để sản xuất điện cung cấp cho tiêu dùng. Bên cạnh những rủi ro có thể xảy ra trong quá trình vận hành nhà máy điện hạt nhân thì những lợi ích mà năng lượng hạt nhân mang lại là rất lớn và nếu công tác kiểm soát hoạt động của phản ứng hạt nhân chặt chẽ, đảm bảo thì rủi ro, mức nguy hiểm sẽ giảm xuống còn rất thấp. Những lợi ích mà năng lượng hạt nhân mang lại: Thứ nhất, năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng khổng lồ, tương đối sạch và dường như vô tận nếu chúng ta kiểm soát tốt quá trình phản ứng. Nói năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng khổng lồ là bởi vì chỉ với một diện tích nhỏ cho xây dựng nhà máy nhưng lại cho ra công suất rất lớn, lớn hơn nhiều so với diện tích xây dựng công trình thủy điện. Như chỉ với một nhà máy hạt nhân cỡ lớn ( nhà máy Fukushima ở Nhật) diện tích chiếm chưa tới 1 km 2 mà có công suất tới 4,7 GW trong khi nhà máy thủy điện lớn nhất ở Việt Nam ( Đập thủy điện Hòa Bình) có diện tích lớn hơn mà công suất chỉ khoảng 2GW hay công trình thủy điện lớn nhất thế giới ( đập Tam Hiệp) diện tích lên tới 1045 Km 2 mà công suất chỉ khoảng 18GW. Cơ chế hình thành năng lượng hạt nhân theo cấp số nhân: từ một hạt nhân ban đầu hấp thụ notron bị tách ra thành các hạt nhân nhỏ hơn và giải phóng năng lượng + notron, các notron này lại được các hạt nhân khác hấp thụ và tách ra thành các hạt nhỏ hơn + năng lượng. Cứ như vậy, phản ứng sẽ tạo ra nguồn năng lượng khổng lồ. Ngoài ra năng lượng hạt nhân còn tương đối sạch, thân thiện với môi trường so với các nguồn năng lượng có nhiên liệu hóa thạch: than đá, dầu mỏ, Mặc dù trong quá trình phản ứng hạt nhân vẫn sinh ra các chất phóng xạ nguy hiểm: urani chưa chuyển hóa, một số nguyên tử thuộc nhóm Actini nhưng con người vẫn kiểm soát tốt chúng không gây ảnh hưởng đến môi trường. Đồng thời chi phí 9 xử lí chất thải của nhà máy điện hạt nhân tương đối thấp hơn so với nhà máy nhiệt điện chạy bằng than cùng công suất  giá thành mỗi Kw điện sẽ thấp hơn. Thứ 2, năng lượng hạt nhân cùng với các nguồn năng lượng mới như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều…được coi là nguồn năng lượng xanh ( năng lượng tái tạo được). Nguồn nguyên liệu chủ yếu của lò phản ứng hạt nhân là Urani _ nguồn nguyên liệu khá phổ biến trong vỏ trái đất, là thành phần của hầu hết các lớp đất đá và bụi. Đồng thời trong quá trình chế tạo năng lượng hạt nhân, nguồn nguyên liệu sau khi đã qua xử lí sẽ được đưa vào hố làm lạnh trong khoảng 5 năm _ khoảng thời gian đủ để nguyên liệu nguội và có thể giảm chất phóng xạ, sau đó nguyên liệu này lại được chuyển đến các thùng chứa khô hoặc tái sử dụng lại cho các quá trình tiếp theo của lò phản ứng hạt nhân. Thứ 3, năng lượng hạt nhân được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực cũng như trong nhiều thiết bị hiện đại mà năng lượng hóa thạch không đủ để đáp ứng nhu cầu. Trong y tế: các đồng vị phóng xạ sinh ra trong lò phản ứng hạt nhân có thể được sử dụng để chữa trị hoặc chuẩn đoán các căn bệnh. Như tấm áp P 32 dùng điều trị bệnh ngoài da hay dung dịch I 131 để chuẩn đoán và điều trị bệnh tuyến giáp, chụp X-quang, điều trị ung thư,… Trong công nghiệp: dùng nguồn phóng xạ và các thiết bị hạt nhân để xây dựng các hệ đo và tự động hóa trong dây chuyền sản xuất của các nhà máy như xác định dung lượng trong các chai bia, nước giải khát, Trong nông nghiệp: ứng dụng kĩ thuật hạt nhân trong nuôi trồng nấm, theo nghiên cứu cho phép con người tuyển chọn, nuôi trồng và chuyển giao công nghệ trồng các loại nấm quý như linh chi, bào ngư, thông qua các tia phóng xạ gây đột biến, kích thích và cho năng suất cao 10 [...]... cao hơn, lò hơi hạt nhân vừa có thể sản xuất điện vừa có thể cung cấp nhiệt cho khử muối;…………… 11 KẾT LUẬN Năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng mới được đưa vào sử dụng trong những năm gần đây nhưng mang lại rất nhiều lợi ích cho người dùng Tuy nhiên hiện nay vẫn còn nhiều tranh cải về việc có nên dùng năng lượng hạt nhân hay không bởi những nguy cơ tiềm ẩn của phản ứng hạt nhân nếu kiểm soát...Hình 4 Ứng dụng kĩ thuật hạt nhân trong nông nghiệp Trong bảo quản, thanh trùng thực phẩm: dùng tia gramma sinh ra trong phản ứng hạt nhân với cường độ cao để khử trùng, bảo quản thực phẩm… Ngoài ra năng lượng hạt nhân còn có những ứng dụng khác: cung cấp điện cho đô thị và khu công nghiệp; khử muối trong nước biển và nước ô nhiễm: một lò phản ứng hạt nhân có thể cung cấp năng lượng cho một nhà... thể Nhưng nhìn chung phản ứng hạt nhân vẫn có thể kiểm soát tốt và đem lại lợi ích rất lớn cả về kinh tế lẫn môi trường Bởi năng lượng này ít gây ô nhiễm môi trường, chất thải phát sinh có chi phí xử lí thấp, có thể tái sử dụng và diện tích xây dựng nhỏ nhưng công suất lại rất lớn Do đó năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng lí tưởng mà các nhà khoa học cần cân nhắc để sử dụng trong tương lai TÀI LIỆU... web: tailieu.vn Trang web: wikipedia.org Trang web: vnexpress.net IEA (International Energy Agency, Cơ Quan Năng Lượng Quốc Tế) tại trang web www.iea.org Key World Energy Statistics 2007 Cơ quan Năng lượng Quốc tế “Nuclear Power Plants Information Number of Reactors Operation Worldwide” Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế “Net Generation by Energy Source by Type of Producer” Energy Information Administration . hơi liên tục. 8 ĐÁNH GIÁ VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN Hiện nay có 2 ý kiến trái chiều về năng lượng hạt nhân dùng cho mục đích hòa bình : sử dụng năng lượng của phản ứng hạt nhân để tạo ra điện phục. tác trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân và dự định năm 2014 sẽ xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên tại Ninh Thuận, nhằm sử dụng năng lượng hạt nhân vì mục đích hòa bình, đảm bảo an toàn. hạch hạt nhân. Hình 3. Nhà máy năng lượng hạt nhân Cattanom 6 3. Thực trạng sử dụng điện hạt nhân: Đến năm 2005, năng lượng hạt nhân cung cấp 2,1% nhu cầu năng lượng thế giới và chiếm 15% sản lượng