Phản ứng nhiệt hạch trong sản xuất điện

THUYẾT TRÌNH HỌC PHẦN: CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY ĐIỆN 1 LÝ DO BẠN CẦN QUAN TÂM ? LÝ DO BẠN CẦN QUAN TÂM ? 1. Tìm kiếm nguồn năng lượng mới với nguyên liệu dồi dào, có khả năng tái tạo và thân thiện với môi trường. 2. Hiểu nguyên lý của một phản ứng nhiệt hạch. 3. Tìm hiểu điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra. 4. Hiểu các ứng dụng của phản ứng nhiệt hạch trong sản xuất năng lượng sạch. 2 NỘI DUNG TRÌNH BÀY NỘI DUNG TRÌNH BÀY I. Khái niệm chung. II. Năng lượng nhiệt hạch. III. Điều kiện của phản ứng nhiệt hạch. IV. Thiết bị Tokamak. V. Các ứng dụng. VI. Kết luận. 3 I. KHÁI NIỆM CHUNG I. KHÁI NIỆM CHUNG 1. Nguyên tử - Nguyên tử là thành phần cấu tạo nên vật chất. - Nguyên tử gồm hạt nhân và các electron quay xung quanh (nguyên tử hyđrô khi trung hoà chỉ có một electron). - Hạt nhân là tập hợp các proton và nơtron (riêng hạt nhân nguyên tử hyđrô chỉ có một proton) tập trung trong một thể tích rất nhỏ và chịu tác động của hai loại lực khác nhau: lực hạt nhân và lực điện. 4 I. KHÁI NIỆM CHUNG I. KHÁI NIỆM CHUNG 3. Phản ứng nhiệt hạch là gì Là quá trình 2 hạt nhân nhẹ tổng hợp lại với nhau để tạo nên một nhân mới nặng hơn. Cùng với quá trình này là sự phóng thích năng lượng hay hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạt nhân tham gia. Trong phản ứng nhiệt hạch cơ bản, deuterium (D) và tritium (T) kết hợp lại tạo thành helium và một neutron năng lượng rất cao: 2D + 3T → 4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV) 2. Phản ứng hạt nhân Là tất cả những biến đổi có xu hướng tạo ra các hạt nhân trung bình cho phép giải phóng năng lượng hạt nhân. 5 II. NĂNG LƯỢNG NHIỆT HẠCH II. NĂNG LƯỢNG NHIỆT HẠCH 2. Ưu/Nhược điểm của năng lượng nhiệt hạch Ưu điểm: * Phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lượng rất lớn. * Nguồn nhiên liệu tạo nên các phản ứng nhiệt hạch là dồi dào. * Phản ứng nhiệt hạch không làm ô nhiễm môi trường Nhược điểm: * Điều kiện thực hiện khó khăn: Nhiệt độ rất cao, giam cầm nhiên liệu khó…. 1. Năng lượng nhiệt hạch Là năng lượng tỏa ra bởi các phản ứng nhiệt hạch. Năng lượng này là rất lớn, lớn gấp nhiều lần năng lượng thu được từ các nguồn nhiên liệu khác.  Ta có thể khai thác nguồn năng lượng này để sản xuất điện năng. 6 III. ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG III. ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG Để phản ứng nhiệt hạch xảy ra cần có những điều kiện: - Nhiệt độ cao từ 50 đến 100 triệu độ. - Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn. - Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn. 7 * Plasma Plasma là trạng thái thái thứ 4 vật chất trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân; các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt nhân. Dòng Plasma từ quả cầu sét Dòng Plasma từ mặt trời IV. TOKAMAK IV. TOKAMAK 1. Mục đích - Yêu cầu phải tạo ra các plasma nhiệt độ cao để đảm bảo cho sự nhiệt hạch xảy ra, đồng thời làm nóng và giam cầm nguồn nguyên liệu sử dụng trong phản ứng. - Có hai lộ trình chính để có được sự giam cầm: hoặc chúng ta có thể giữ plasma trong một từ trường đồng thời làm nóng nó bằng cách sử dụng sóng vô tuyến hay các chùm hạt; hoặc chúng ta có thể nén nó đến những mật độ chưa có tiền lệ, sử dụng laser. 8 IV. TOKAMAK IV. TOKAMAK 2. Thiết bị Tokamak Tokamak là thiết bị tạo ra một từ trường hình xuyến (toroidal) để giữ plasma bên trong. Có nhiều loại thiết bị giữ plasma bằng từ trường, tuy nhiên trong nghiên cứu tổng hợp hạt nhân, tokamak là thiết kế có triển vọng nhất. 9 * Hệ thống tạo từ trường Toroidal: có kích thước rất lớn gồm nhiều thanh nam châm siêu dẫn, chức năng chính là giam giữ các điện tích của plasma. * Hệ thống từ trường Poloidal: bao gồm 6 cuộn dây độc lập đặt bên ngoài của cấu trúc Toroidal với chức năng gom plasma cách xa bức tường và góp phần làm dòng plasma ổn định. Từ trường Poloidal đựơc cảm ứng bởi nam châm và dòng điện trong plasma IV. TOKAMAK IV. TOKAMAK Đặc trưng của tokamak là có trục đối xứng tròn xoay và sử dụng dòng plasma để tạo ra thành phần xoáy của từ trường cần thiết nhằm tạo ra sự cân bằng ổn định.  Đây chính là thiết bị sẽ biến năng lượng được giải phóng trong phản ứng nhiệt hạch thành điện năng. 10 [...]... ỨNG DỤNG * Nguyên lý sản xuất điện Năng lượng thu được từ phản ứng nhiệt hạch ở dạng nhiệt năng và được thu lại bằng chất lỏng làm nguội Phần nhiệt năng thu nhận được sẽ được sử dụng để chạy máy phát điện Những lò phản ứng hạt nhân thông dụng là những kiểu lò chạy bằng nước nhẹ gọi chung là lò phản ứng nước nhẹ (LWR, Light Water Reactor), những lò này sinh ra hơi nước trực tiếp ngay trong lò phản ứng, ... nghệ nhiệt hạch 12/1993, TFTR trở thành thiết bị đầu tiên trên thế giới phản ứng tổng hợp từ để thực hiện thí nghiệm với plasma gồm deuterium 50/50 / triti - nhiên liệu cần thiết cho thực tiễn sản xuất điện nhiệt hạch Năm 1994, TFTR sản xuất một lượng kỷ lục 10.700.000 watt điện nhiệt hạch có kiểm soát, đủ để đáp ứng nhu cầu của hơn 3.000 ngôi nhà Tuy nhiên chưa thể duy trì được thời gian 16 V ỨNG DỤNG... minh rằng có thể sản xuất được lượng năng lượng rất lớn xuất phát từ phản ứng tổng hợp hạt nhân nhiệt hạch 17 V ỨNG DỤNG Thành phần cơ bản của lò phản ứng nhiệt hạch 1 Bộ phận tạo từ trường 2 Buồng phản ứng 3 Divertor 4 Buồng chân không 5 Buồng lạnh 6 Hệ thống điều khiển và đo đạc 18 VI KẾT LUẬN - Việc tìm kiếm giải pháp để tạo ra phản ứng nhiệt hạch nhân tạo, có kiểm soát là khả thi - Thông qua các... Pháp Lò phản ứng ITER được thiết kế để chứng tỏ tính khả thi xét trên phương diện khoa học cũng như kỹ thuật của một lò phản ứng năng lượng nhiệt hạch hoàn chỉnh ITER là thí nghiệm lớn cuối cùng trước khi một nhà máy điện nhiệt hạch chính thức được xây dựng trên thế giới Đề án này không có tham vọng giải quyết tất cả các vấn đề năng lượng của trái đất, nhưng nó sẽ chứng minh rằng có thể sản xuất được... kiếm giải pháp để tạo ra phản ứng nhiệt hạch nhân tạo, có kiểm soát là khả thi - Thông qua các thí nghiệm con người đang dần làm chủ được công nghệ và kỹ thuật sản xuất điện từ phản ứng nhiệt hạch - Trong tương lai không xa các nhà máy điện nhiệt hạch sẽ được hình thành và đóng góp đáng kể vào nguồn năng lượng của thế giới 19 20 ... tiếp ngay trong lò phản ứng, như những kiểu lò phản ứng nước sôi (BWR, Boiled Water Reactor), hoặc ở ngoài lò qua một bộ chuyển nhiệt, như những kiểu lò phản ứng nước nén (PWR, Presurized Water Reactor) Vì vậy, một lò phản ứng hạt nhân thường được gọi là lò hơi hạt nhân 11 V ỨNG DỤNG 1 JT-60 (Japan Torus – 60) là công trình mũi nhọn của chương trình nhiệt hạch từ tính (magnetic fusion program) Nhật Bản,... Bản, do Viên Nghiên cứu năng lượng nguyên tử Nhật Bản JAERI Japan Atomic Energy Research Institute) thực hiện trong khu nghiên cứu nhiệt hạch Naka tại Ibaraki JT-60 đang giữ kỷ lục về nhiệt độ của ion lên tới 520 triệu độ 12 V ỨNG DỤNG 2 START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) là thí nghiệm nhiệt hạch nguyên tử sử dụng máy tokamak bắt đầu từ năm 1991 tại Trung tâm khoa học Culham (Culham Science Centre),... tương lai các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thí nghiệm như ITER và DEMO 15 V ỨNG DỤNG 5 TFTR ( Tokamak Fusion Test Reactor) tại Phòng thí nghiệmVật lý plasma Princeton (PPPL) 1982-1997 TFTR thiết lập nhiệt độ trong plasma đạt tới 510 triệu độ, vượt quá 100 triệu độ cần thiết cho tổng hợp hạt nhân thương mại TFTR cũng đạt được tất cả các mục tiêu thiết kế phần cứng, góp phần đáng kể trong lĩnh vực phát... bắn tia trung tính (neutral beam injector) làm nóng plasma 13 V ỨNG DỤNG 3 MAST (Mega Ampere Spherical Tokamak) là thí nghiệm nhiệt hạch nguyên tử thực hiện tại Trung tâm khoa học Culham, Anh quốc, từ năm 1999, tiếp theo các thành công của thí nghiệm START (1991 – 1998) MAST cũng sử dụng thiết kế tokamak hình cầu cải tiến như START 14 V ỨNG DỤNG 4 JET (Joint European Torus) là thí nghiệm vật lý nhân . trường. 2. Hiểu nguyên lý của một phản ứng nhiệt hạch. 3. Tìm hiểu điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra. 4. Hiểu các ứng dụng của phản ứng nhiệt hạch trong sản xuất năng lượng sạch. 2 NỘI DUNG. phóng trong phản ứng nhiệt hạch thành điện năng. 10 * Nguyên lý sản xuất điện Năng lượng thu được từ phản ứng nhiệt hạch ở dạng nhiệt năng và được thu lại bằng chất lỏng làm nguội. Phần nhiệt. LƯỢNG NHIỆT HẠCH II. NĂNG LƯỢNG NHIỆT HẠCH 2. Ưu/Nhược điểm của năng lượng nhiệt hạch Ưu điểm: * Phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lượng rất lớn. * Nguồn nhiên liệu tạo nên các phản ứng nhiệt hạch