Bài Giảng Giới Thiệu Nhà Máy Điện Hạt Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ Nhà máy điện nguyên tử Nhà máy điện nguyên tử (hay hay gọi nhà máy điện hạt nhân) phát minh vĩ đại loài người Nó giúp cho người giải loạt vấn đề có tính chất thời đại, mâu thuẫn nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng hạn chế nguồn lượng sơ cấp, vấn đề ô nhiễm môi trường tác động việc đốt nhiên liệu khoáng gây Đó vấn đề thiếu nguồn nguyên liệu cho công nghiệp việc dùng chúng làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện.v.v Hiện nay, giới có: - 439 lò phản ứng hạt nhân hoạt động, cung cấp 17% tổng điện toàn giới - 31 lò phản ứng xây dựng Con số ngày tăng dạng lượng truyền thống (thuỷ năng, than, dầu, khí) ngày cạn kiệt, yêu cầu an ninh lượng bảo vệ môi trường ngày cao, trình độ công nghệ điện nguyên tử ngày nâng cao, an toàn hơn, tin cậy Ở nước ta, tiềm năng lượng đa dạng không dồi để đáp ứng nhịp độ phát triển kinh tế mức tương đối cao nhằm đưa nước ta trở thành nước công nghiệp hoá, đại hoá, yêu cầu phát triển đa dạng hoá nguồn lượng nhằm đảm bảo cung cấp lượng an toàn bền vững có tính đến việc bảo tồn phát triển tài nguyên bảo vệ môi trường quan trọng Chỉ có phát triển lượng nguyên tử với trình độ ngày hoàn thiện đảm bảo yêu cầu Chương Vai trò lượng Nguyên tử việc cân lượng giới 1.1 Năng lượng Năng lượng có khả làm vật thể biến đổi, biểu nhiều dạng khác Năng lượng loài người biết đến từ lâu người biết dùng sức súc vật, sức nước, sức gió để thay sức lao động người Vào kỷ thứ XVI nguồn nước trở thành nguồn lượng quan trọng người Ở nước phát triển tiên tiến, lượng tiêu thụ bình quân đầu người cao 15 lần so với xã hội cổ đại cao 10 lần so với thời điểm trước cách mạng công nghiệp Nhu cầu sử dụng lượng tăng lên cách nhanh chóng gây vấn đề ô nhiễm môi trường trái đất gây cạn kiệt nguồn lượng tự nhiên Năng lượng tiêu dùng theo đầu người Người vănminh 1950 AD Năng lượng từ thực phẩm Năng lượng để nấu nướng, điều hoà nhiệt độ, dịch vụ, quảng cáo, chiếu sáng Năng lượng cho sản xuất Công nhân Năng lượng cho giao thông Nông dân Nguyên thuỷ 1.000.000 BC Nông dân phát triển Săn bắt nguyên thuỷ 1400 AD 100.000 BC 5.000 BC 1875 AD Hiện 28% dân số giới sử dụng 77% lượng toàn cầu GJ/người/ năm 1.2 tình hình tiêu thụ lượng giới Tiêu thụ lượng toàn cầu Theo tài liệu ''Triển vọng lượng quốc tế 2002'' (IEO2002), tiêu thụ lượng giới dự báo tăng 60% thời gian 21 năm, kể từ 1999 đến 2020 (thời kỳ dự báo) Đặc biệt, nhu cầu lượng nước phát triển châu Á Trung Nam Mỹ, dự báo tăng gấp bốn lần thời gian từ 1999 tới 2020, chiếm khoảng nửa tổng dự báo gia tăng tiêu thụ lượng giới Vào khoảng 83% tổng gia tăng lượng riêng giới phát triển • 1913 nhà VL Đan Mạch Niels Bohr đưa lý thuyết lượng tử trình xảy NT Bohr giữ lại hạt nhân Rutherford cho điện tử quay quanh hạt nhân theo quĩ đạo tròn với điều kiện sau: Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford Điện tử nguyên tử số quĩ đạo dừng xác định ổn định, điện tử không xạ Điện tử xạ hay hấp thụ chuyển từ quĩ đạo dừng sang quĩ đạo dừng khác Trong tất quĩ đạo điện tử quanh hạt nhân, tồn quĩ đạo mà momen động lượng điện tử số nguyên lần +n Cùng với học lượng tử, thuyết tương đối nhà bác học vĩ đại người Đức Albert Einstein (1879 - 1955) đưa từ năm 1905 đến năm 1916 sở để xây dựng vật lý hạt nhân đại lý thuyết hạt Với công thức : E = mc2 Albert Einstein xứng đáng mệnh danh "Cha đẻ ngành lượng nguyên tử" Đầu năm 30 kỷ XX phổ kế đời tạo điều kiện cho vật lý có phát minh có tính định công nghệ hạt nhân Người ta phát tượng phân rã hạt nhân, phát tính phóng xạ tự nhiên nhiều nguyên tố, người ta tìm loại phản ứng hạt nhân quan trọng phản ứng phân hạch hạt nhân phản ứng tổng hợp nhiệt hạch, hướng giải toán lượng cho loài người Ngày 27-6-1954, khánh thành nhà máy điện nguyên tử giới, công suất 5MW Obninsk (Liên xô cũ) mở đầu thời kì sử dụng lượng nguyên tử cho mục đích hoà bình Bản đồ nhà máy điện NT Thế giới 1.4 TÌNH HÌNH NLNT CỦA MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI Nước Mỹ - Mỹ có 104 lò phản ứng hạt nhân - Tổng công suất thiết bị 100.322 MW chiếm vị trí thứ giới - Cơ cấu nguồn điện năm 2000 là: than chiếm 52%, nguyên tử chiếm 20%, khí 16% thuỷ điện 7% Nước Pháp Pháp có 59 lò phản ứng PWR phát điện với tổng công suất thiết bị 63.260 MW chiếm vị trí thứ hai giới sau Mỹ Điện nguyên tử chiếm 78% tổng điện nước tỷ lệ cao giới Nước Nhật Bản Hiện Nhật Bản có 56 lò phản ứng phát điện vận hành, công suất thiết bị 47.833 MW, trở thành nước sử dụng điện nguyên tử thứ ba giới sau Mỹ Pháp Trong số 56 lò phản ứng, 32 lò theo công nghệ BWR 24 lò theo công nghệ PWR Nước Nga Hiện nay, Cộng hoà Liên bang Nga có 31 tổ máy điện nguyên tử vận hành với tổng công suất thiết bị 21.743 MW đứng vị trí thứ tư giới Nga xây dựng tổ máy với tổng công suất 4585 MW Nước Đức Tổng công suất thiết bị khoảng 21.558 MW 17 lò phản ứng phát điện vận hành, cấu nguồn điện Đức là: 33% điện nguyên tử, 24% điện than, 27% điện than nâu, 7% điện khí 2% điện lượng gió Nước Hàn Quốc Lò phản ứng hàn Quốc bắt đầu vận hành vào năm1977 Tại thời điểm 2005 Hàn Quốc phải nhập 97% NL theo nhu cầu Hàn Quốc có 20 lò phản ứng với công suất đặt 19.374 MW chiếm 45% nhu cầu phụ tải Hiện nay, Hàn Quốc Nước Anh Hiện nay, Anh có 19 lò phản ứng nguyên tử với tổng công suất 10.742 MW Tỷ lệ phát điện lượng nguyên tử 20% Anh nước bắt đầu việc phát triển nhà máy điện nguyên tử thương mại sớm giới loại lò khí Nước Trung Quốc Hiện Trung Quốc có 11 lò phản ứng phát điện với tổng công suất 8.572 MW Hiện phát triển loại PWR nội địa công 1.5 Năng lượng nhiệt hạch 1.5.1 Nguyên lý tạo lựơng nhiệt hạch Năng lựơng nhiệt hạch tạo từ phản ứng hạt nhân thực nguyên tố nhẹ dùng làm nguyên liệu đồng vị hydro, heli, liti, bo, v.v Nếu kết hợp đồng vị hydro để tạo thành hạt nhân heli phản ứng tỏa lượng Thí dụ: 1H3 + 1H2 → 2He4 + n + 17,5 MeV 1H3 + 1H1 → 2He4 + γ + 19,2 MeV Các phản ứng phản ứng nhiệt hạch Năng lượng nhiệt hạch lớn lượng phân hạch nhiều Thí dụ: kg hỗn hợp đồng vị hydro nặng toả lượng 9,20.107 kWh gấp lần lượng kg U235 toả (2,3.107 kWh) Hiện nay, việc sử dụng hai đồng vị phóng xạ hydro đơteri (D) triti (T) để tạo phản ứng nhiệt hạch đòi hỏi điều kiện mà người có khả thực Nhiên liệu nung nóng nhiệt độ cao (20 triệu độ C) bốc tạo nên trạng thái ion hóa cực mạnh (plasma) để xảy phản ứng nhiệt hạch 1.5.2 Phản ứng nhiệt hạch không điều khiển Muốn cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra, cần có nhiệt độ cao hàng chục triệu độ Có thể dùng bom nguyên tử để tạo nhiệt độ đó, phản ứng nhiệt hạch xảy urani chất nổ tồn thời gian ngắn (cỡ 6-10s) tắt hẳn nên gọi đơteri+triti liti+đơteri+hydro phản ứng nhiệt hạch không điều khiển Đó nguyên lý bom khinh khí (bom H) Mỗi bom NT tương đương 20 ngàn thuốc nổ TNT bom KK tương đương với 10÷20 triệu thuốc nổ TNT Việc khai thác sử dụng nguồn lượng khó khăn vấn đề đặt khống chế nguồn lượng khổng lồ tạo lò phản ứng nhiệt hạch để nguồn lượng phát từ từ điều khiển để sử dụng việc chuyển hoá thành điện Hiện có 1200 chuyên gia nước trình độ cao hợp tác nghiên cứu thí nghiệm loại nhà máy điện sử dụng lượng nhiệt hạch (tổng hợp hạt nhân) Trước mắt phải giải nhiều vấn đề lớn khoa học kỹ thuật vận hành vào thời gian dự kiến 2050 Các Urani Miệng lò Đưa Urani xuống lò phản ứng hạt nhân