Bài giảng TÌM HIỂU VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

Chủ đề 14 TÌM HIỂU VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN I.Nguồn gốc lượng hạt nhân Phản ứng phân hạch hạt nhân Enrico Fermi thực hành công vào năm 1934 nhóm ông dùng nơtron bắn phá hạt nhân uranium[12] Năm 1938, nhà hóa học người Đức Otto Hahn[13] Fritz Strassmann, với nhà vật lý người Úc Lise Meitner[14] Otto Robert Frisch cháu Meitner [15], thực thí nghiệm tạo sản phẩm urani sau bị nơtron bắn phá Họ xác định nơtron tương đối nhỏ cắt hạt nhân nguyên tử urani lớn thành hai phần nhau, kết đáng ngạc nhiên Rất nhiều nhà khoa học, có Leo Szilard người nhận thấy phản ứng phân hạch sinh thêm nơtron, phản ứng hạt nhân dây chuyền kéo dài tạo Các nhà khoa học tâm đắc điều số quốc gia (như Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Pháp, Đức Liên Xô) đề nghị với phủ họ ủng hộ việc nghiên cứu phản ứng phân hạch hạt nhân Tại Hoa Kỳ, nơi mà Fermi Szilard di cư đến đây, kiến nghị dẫn đến đời lò phản ứng mang tên Chicago Pile-1, đạt khối lượng tới hạn vào ngày tháng 12 năm 1942 Công trình trở thành phần dự án Manhattan, dự án xây dựng lò phản ứng lớn Hanford Site (thành phố trước Hanford, Washington) để làm giàu plutoni sử dụng vũ khí hạt nhân thả xuống thành phố Hiroshima Nagasaki Nhật Bản Việc cố gắng làm giàu urani song song tiến hành thời gian Sau chiến thứ 2, mối đe dọa việc nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân nguyên nhân thúc đẩy việc phổ biến công nghệ vũ khí hạt nhân nhanh chóng[cần dẫn nguồn], kết hợp với mà nhà khoa học nghĩ, đoạn đường phát triển dài để tạo bối cảnh mà theo việc nghiên cứu lò phản ứng phải đặt kiểm soát phân loại chặt chẽ phủ Thêm vào đó, hầu hết việc nghiên cứu lò phản ứng tập trung chủ yếu vào mục đích quân Trên thực tế, bí mật công nghệ, sau sinh số nhánh nghiên cứu quân đội Hoa Kỳ từ chối tuân theo đề nghị cộng đồng khoa học đất nước việc mở rộng hợp tác quốc tế nhằm chia sẻ thông tin kiểm soát vật liệu hạt nhân Năm 2006, vấn đề trở nên khép kín với Hội Năng lượng Hạt nhân Toàn cầu II.Sự tạo lượng hạt nhân(NLHN) •        Năng lượng hạt  nhân được tạo ra như  thế nào? Về lượng • hạt nhân lấy từ việc chia tách hạt nhân nguyên tử lò phản ứng hạt nhân Có phương pháp để lấy loại lượng này: phân hạch hạt nhân, tổng hợp hạt nhân phân rã phóng xạ Tuy nhiên, nay, có phương pháp phân hạch hạt nhân sử dụng cách rộng rãi toàn giới Phân hạch hạt nhân gọi phản ứng phân rã nguyên tử Trong phân rã nguyên tử, hạt nhân nguyên tử bị chia làm hai nhiều hạt nhỏ số phần thừa (neutron, photon ) Quá trình tỏa lượng lượng đáng kể nguồn lượng hạt nhân mà đề cập đến Hiện phản ứng hạt nhân sử dụng rộng rãi chuyển hóa từ đồng vị Uranium 235 lên Uranium 236 phân tách thành Kr 92 Ba 141 Quá trình tạo lượng lượng vô lớn Nói thêm chút, nhắc đến lượng hạt nhân chắn bạn nhớ đến vũ khí hạt nhân hay bom nguyên tử Liên tưởng có lý lượng hai vấn đề tạo theo nguyên lý y • Nói thêm chút, nhắc đến • lượng hạt nhân chắn bạn nhớ đến vũ khí hạt nhân hay bom nguyên tử Liên tưởng có lý lượng hai vấn đề tạo theo nguyên lý y Trở lại với lò phản ứng hạt nhân Thật ra, cách thức hoạt động lò phản ứng hạt nhân không phức tạp bạn tưởng Về bản, người sử dụng lượng thu sau phản ứng hạt nhân, đun nóng nước, tạo nước nhằm quay tuốc bin tạo điện Quá trình giống hệt nhiệt điện chạy than phổ biến nước ta, khác lượng hạt nhân lớn nhiều lần Hiện có công nghệ xây dựng sử dụng lò hạt nhân khác sử dụng toàn giới Phần lớn lò hạt nhân thuộc hệ có nhà máy điện hạt nhân sử dụng công nghệ hệ hai Các lò phản ứng "đời đầu" bị ngừng xây dựng sau thảm họa hạt nhân khủng khiếp Chernobyl năm 1986 Mỗi loại lò phản ứng có nguyên liệu, thành phần thiết bị, chất làm lạnh khác nhung gần hoạt động chế Về bản, hạt nhân tương đối lớn (Urani 235 Plutoni 239) hấp thụ notron tạo phân hạch nguyên tử Quá trình phân hạc tách nguyên tử thành hay nhiều hạt nhỏ "thải" động kèm theo tia gamma notron tự Các notron lại bị hấp thụ nguyên tử phân hạch khác tạo nhiều notron Quá trình diễn theo cấp số nhân tạo nguồn lượng khổng lồ Con người kiểm soát trình sử dụng chất hấp thụ notron điều hòa để khống chế, kiểm soát lượng notron tham gia vào phản ứng phân hạch Một phần quan trọng khác lò hạt nhận hệ thống làm mát Hệ thống có nhiệm vụ giải phóng nhiệt từ trình phân rã hạt nhân để sử dụng cho mục đích khác (tạo điện, lực đẩy ) Như nói trên, với mục đích người ta sử dụng loại nguyên liệu hệ thống khác Ví dụ, nguyên liệu sử dụng tàu hải quân, tàu ngầm sử dụng Uranium làm giàu mức độ cao làm tăng mật độ lượng tăng hệ số sử dụng chúng Tuy nhiên, có giá thành đắt nguy hiểm lò phản ứng hạt nhân thông thường - Plutoni công nghiệp thu xạ Uranni 238 lò phản ứng hạt nhân, Nó nặng (tỷ trọng 19,8), có tính phóng xạ độc tính cao, bề tương tự Urani dễ bị bị oxy hóa Putoni đưa thành hình thức thương phẩm tương tự Uranium làm giàu đòi hỏi xử lý phải cẩn thận Các hợp chất Urani Plutoni chủ yếu sử dụng công nghiệp hạt nhân Theo chuyên gia đánh giá trữ lư ợng Uran toàn giới khoảng 24,5 triệu sử dụng hoàn toàn vào sản xuất điện tạo lượng tương đương với khoảng 440 TW năm 1.2 Ở việt nam: Urani số mỏ điểm quặng Việt Nam lớn, tính theo U308 dự báo 218,167 tấn, cấp C1 113 tấn, cấp C2 16.563 tấn, cấp P1 15.153 cấp P2+P3 186.338 Các điểm mỏ quặng có trữ lượng lớn Bắc Nậm Xe 9.800 cấp C2, Nam Nậm Xe 321 cấp C2, Nông Sơn 546 cấp P1, Khe Hoa- Khe Cao 7.300 loại… Với trữ lượng này, Việt Nam sử dụng nguồn nhiên liệu chỗ để sản xuất điện hạt nhân + loại quặng 250 ppm : 62.800 U3O8 + loại quặng 500-600 ppm : 18.300 U3O8 + loại quặng 1000 ppm : 4700 U3O8.II.Cơ sở lý thuyết NMĐHN: 2. Quy trình xây dựng nhà  máy: • • • • • • • • • • • • • • Nhiều yếu tố khác bảo đảm an toàn (như quản lý trình xây dựng, lắp đặt thiết bị, vận hành ) nhà máy điện hạt nhân phải tuân thủ quy trình đặc biệt nghiêm ngặt, mà sai sót tiềm ẩn nguy gây an toàn -Thí dụ đơn giản, không giám sát kỹ xây dựng nhà máy, để xảy việc dùng sắt thép, xi măng không đủ tiêu chuẩn, bị rút ruột công trình tai họa khôn lường -Chúng ta có nhiều học lực quản lý xây dựng công trình lớn quốc gia, để xảy nhiều hậu đáng tiếc cố gần (cầu Cần Thơ, hầm Thủ Thiêm v.v.) Xin lưu ý, xảy tình trạng tương tự công trình nhà máy điện hạt nhân hậu bi thảm lâu dài nhiều lần + Tuy tiêu chuẩn, quy trình kỹ thuật công việc ban hành thức định chủ trương đầu tư nhà máy điện hạt nhân, cần có danh mục lộ trình cụ thể ban hành tiêu chuẩn, quy trình kỹ thuật chuyên ngành + Ngoài ra, năm gần đây, để bảo đảm an toàn trường hợp bị khủng bố, thiết kế nhà máy điện hạt nhân phải tăng cường khả chống phá hoại (kể phá hoại theo kiểu 11/9 Hoa Kỳ năm 2001, tức phải an toàn trường hợp bị máy bay đâm thẳng vào nhà máy) tăng cường hệ thống bảo vệ an ninh nhiều vòng, chuẩn bị sẵn sàng hệ thống ứng phó cố hạt nhân Những công việc bảo đảm an toàn nhà máy điện hạt nhân làm cho yêu cầu kỹ thuật, tài công trình tăng lên nhiều điều chủ đầu tư cần phải báo cáo Quốc hội giai đoạn phê duyệt chủ trương đầu tư để Quốchội cân nhắc, định V.Cấu tạo của nhà máy điện hạt nhân Nhà máy nhiệt điện bao gồm phần chính: Trung tâm lò phản ứng hạt nhân (reactor core), nơi xảy phản ứng phân hạch Máy phát điện chạy nước, nơi nhiệt sinh từ phân hạch hạt nhân dùng để tạo Turbine, dùng nước làm quay để chạy máy phát điện Bộ phận ngưng tụ (condenser), làm lạnh nước, chuyển trở lại thành pha lỏng VI. Lò phản ứng hạt nhân • 1.Cấu tạo • 1-Lớp vỏ bảo vệ sinh học • 2- Ống dẫn chất truyền nhiệt vào • 3- Vỏ lò phản ứng hạt nhân • 4- Ống dẫn chất truyền nhiệt • – Nắp lò phản ứng • 6-7-8-9 – Hệ thống điều khiển phản ứng dây truyền • 10 - Gá đỡ • 11 -Vùng phản ứng (hoạt động) • 12 - Thanh nhiên liệu • 13 - Bộ phận làm mát lớp vỏ bảo vệ sinh học • 14 - Gá đỡ 2.Hoạt động của lò phản ứng  hạt nhân • Lò phản ứng hạt nhân thiết bị điều khiển kiểm soát phản ứng phân hạch để thu nhiệt phản ứng tạo Khi nguyên tử urani plutoni hấp thụ neutron, trải qua phản ứng phân hạch hạt nhân để tách thành nhiều hạt nhỏ Phản ứng phân hạch sản sinh lượng nhiệt lớn neutron Những neutron tiếp tục bắn phá nguyên tử urani plutoni để tạo nên phản ứng dây chuyền Toàn trình phân hạch xảy trong lõi thép lò phản ứng Nhiệt mà phản ứng tạo khiến nước sôi bốc Luồng nóng nước làm quay turbin tạo điện Trong lõi lò phản ứng, nguyên tố urani plutoni nạp vào nhiên liệu (màu đỏ) chìm nước Các điều khiển (màu đen) để làm nhanh chậm trình phân hạch nhiên liệu hạt nhân đặt bên nhiên liệu Khi cố bất ngờ, động đất, xảy điều khiển tự động kích hoạt trồi lên, nằm xen kẽ với nhiên liệu nhằm hấp thụ neutron từ nhiên liệu Do bị hấp thụ, hạt neutron bắn phá nguyên tử urani plutoni nên phản ứng phân hạch chấm dứt lò phản ứng ngừng hoạt động Trong kiểu lò nước áp lực, nước bơm vào lõi để hấp thu nhiệt từ nhiên liệu Sau chảy qua hệ thống kín để sôi Hơi nước dẫn sang buồng chứa turbin để làm quay turbin Chuyển động quay turbin truyền sang máy phát điện Trong lò nước sôi, nước sôi sau hấp thu nhiệt từ nhiên liệu dẫn sang buồng chứa turbin Ra khỏi turbin, nước làm nguội tháp để quay trở lại dạng lỏng Sau nước tiếp tục chảy tới buồng tạo Lò phản ứng đặt bể chứa sắt không rỉ Bên bể chứa gia cố lớp tường xi măng có độ dày hàng mét để ngăn chặn chất phóng xạ rò rỉ trường hợp cố xảy Theo thời gian, nhiên liệu hạt nhân biến thành nguyên tố nhẹ gây nên phản ứng phân hạch Nếu không tái chế làm giàu, chúng trở thành chất thải hạt nhân Nhược điểm của điện hạt  nhân: • - Chất thải phóng xạ vấn đề chưa • giải Chất thải từ lượng hạt nhân nguy hiểm phải bảo quản cẩn thận hàng ngàn năm (10.000 năm theo tiêu chuẩn Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) - Rủi ro cao: Mặc dù có tiêu chuẩn an toàn cao nói chung, tai nạn xảy Việc xây dựng nhà máy với độ an toàn 100% Luôn có xác suất nhỏ xảy cố Hậu tai nạn có sức tàn phá tuyệt đối tới người lẫn tự nhiên Các nhà máy điện hạt nhân (và hầm lưu trữ chất thải hạt nhân) xây dựng nhiều, xác suất xảy cố thảm khốc giới cao - Chất thải phóng xạ vấn đề chưa giải Chất thải từ lượng hạt nhân nguy hiểm phải bảo quản cẩn thận hàng ngàn năm (10.000 năm theo tiêu chuẩn Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) - Rủi ro cao: Mặc dù có tiêu chuẩn an toàn cao nói chung, tai nạn xảy Việc xây dựng nhà máy với độ an toàn 100% Luôn có xác suất nhỏ xảy cố Hậu tai nạn có sức tàn phá tuyệt đối tới người lẫn tự nhiên Các nhà máy điện hạt nhân (và hầm lưu trữ chất thải hạt nhân) xây dựng nhiều, xác suất xảy cố thảm khốc giới cao Trong trình vận hành nhà máy điện hạt nhân, chúng thải lượng chất thải phóng xạ, sử dụng cho sản xuất vũ khí hạt nhân Ngoài ra, bí tương tự thường dùng để thiết kế nhà máy điện hạt nhân dùng để chế tạo vũ khí hạt nhân mức độ định (phổ biến vũ khí hạt nhân) VII.Ứng dụng kỹ thuật hạt  nhân trong nông nghiệp • "Nhiều nước giới yêu cầu nông sản • muốn vào thị trường họ, bắt buộc phải chiếu xạ Ví dụ, không chiếu xạ, long Việt Nam xuất sang thị trường Mỹ", Viện trưởng Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam Lê Huy Hàm cho biết Không riêng với hoa quả, phương pháp tốt mặt hàng hải sản Chiếu xạ để tiệt trùng, tiêu diệt mầm bệnh, nấm mốc, vi khuẩn…, tăng thời gian bảo quản nông sản Ứng dụng thứ hai kỹ thuật hạt nhân chiếu xạ để tiệt sản côn trùng, loài sâu gây bệnh cho trồng Trên giới, nhiều nước xây nhà máy sản xuất côn trùng tiệt sản Côn trùng tiệt sản nhà máy sản xuất tung vào vùng sản xuất rau, quả, giao phối với côn trùng đồng ruộng, kết làm tiệt giống gây hại mà dùng đến thuốc bảo vệ thực vật Phương pháp thân thiện với môi trường, hiệu cao Một số ứng dụng khác quan trọng kỹ thuật ứng dụng đồng vị phóng xạ đánh dấu phần tử phân bón, từ đánh giá hiệu sử dụng phân bón, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu kinh tế Hay sử dụng đồng vị phóng xạ để xác định lượng phương thức xói mòn đất Với cách này, xác định đất sườn đồi bị rửa trôi đâu, bao nhiêu, từ đề xuất phương pháp phòng chống xói mòn ... Chicago Pile-1, đạt khối lượng tới hạn vào ngày tháng 12 năm 1942 Công trình trở thành phần dự án Manhattan, dự án xây dựng lò phản ứng lớn Hanford Site (thành phố trước Hanford, Washington) để làm... việc nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân nguyên nhân thúc đẩy việc phổ biến công nghệ vũ khí hạt nhân nhanh chóng[cần dẫn nguồn], kết hợp với mà nhà khoa học nghĩ, đoạn đường phát triển dài để tạo bối... Brannerite Torbernite Nó thu từ nguồn thứ cấp khác chẳng hạn từ cặn bã trình sản xuất Supephosphat cặn mỏ vàng Quy trình thông thường khử Tetrafluorit canxi magie điện phận.Uran nguyên tố phóng