Bai giang CNSXD phan dien nguyen tu

Đặng Thành Trung- Khoa HTĐ- ĐH Điện Lực Bài giảng môn CNSXĐ Một nguyên tử có thể có một hoặc nhiều đồng vị bằng cách thay đổi số Neutron trong hạt nhân... Đặng Thành Trung- Khoa HTĐ- Đ

Trang 2

§Æng Thµnh Trung- Khoa HT§- §H §iÖn Lùc Bµi gi¶ng m«n CNSX§

®iÖn nguyªn tö

1 2 3 4

Ch ¬ng I: Nguyªn tö vµ ph¶n øng h¹t nh©n

Ch ¬ng II: Nhiªn liÖu h¹t nh©n

Ch ¬ng IV: ChÊt th¶i h¹t nh©n

Ch ¬ng III: Nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n

Ch ¬ng V: ThiÕt kÕ vµ vËn hµnh nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n

Trang 3

1 2 3 4

1.1 ThÕ giíi vËt chÊt

1.2 CÊu t¹o nguyªn tö

1.4 Qu¸ tr×nh n¨ng l îng cña ph¶n øng h¹t nh©n 1.3 Ph¶n øng h¹t nh©n

Trang 4

bao gåm nhiÒu nguyªn tö

Trang 5

Đặng Thành Trung- Khoa HTĐ- ĐH Điện Lực Bài giảng môn CNSXĐ

chất đó:

 Nhiệt độ sôi, nhiệt độ bốc hơi, độ dẫn nhiệt, độ dẫn điện, độ

cứng

 Tính Axit, Ba zơ, muối…..

Trang 6

 Than, kim c ¬ng cïng ® îc cÊu t¹o tõ Cacbon

 R¾n, láng, khÝ lµ c¸c tr¹ng th¸i kh¸c nhau cña 1 nguyªn tö,

ph©n tö

Trang 7

nhau tạo thành các nguyên tử, phân tử khác nh ng tổng số các

nguyên tử vi mô thành phần không đổi

Trang 8

 Nguyªn tö bao gåm h¹t nh©n mang ®iÖn tÝch d ¬ng ë trung t©m

vµ c¸c electron mang ®iÖn tÝch ©m bay xung quanh

 H¹t nh©n vµ Electron liªn kÕt nhau b»ng lùc ®iÖn tõ

Trang 9

 H¹t nh©n bao gåm Proton vµ

Neutron

 Proton v Neutron liªn kÕt à Neutron liªn kÕt

víi nhau b»ng lùc nguyªn tö

Trang 10

 Một nguyên tử có thể có một hoặc nhiều đồng vị bằng cách thay

đổi số Neutron trong hạt nhân

Trang 11

 Một số nguyên tử có khả năng tự phóng ra các tia α, ò,γ để biến thành các nguyên tử khác

Trang 12

 Tia α lµ h¹t nh©n nguyªn tö Heli

 Tia ß lµ h¹t m¹ng ®iÖn, ß- lµ tia mang ®iÖn ©m vµ ß + lµ tia mang

®iÖn d ¬ng

 Tia γ lµ sãng ®iÖn tõ Tia γ lµ tia nguy hiÓm nhÊt vµ xuÊt hiÖn ë tÊt

c¶ c¸c phãng x¹

Trang 13

 Trong mét sè tr êng hîp, khi c¸c h¹t nh©n va ch¹m víi nhau hoÆc

va ch¹m vµo Neutron sÏ biÕn thµnh c¸c h¹t nh©n, Neutron kh¸c vµ thu hoÆc táa ra n¨ng l îng

Trang 14

 C¸c h¹t vì ra tiÕp tôc va ch¹m víi c¸c h¹t nh©n kh¸c sÏ duy tr× , bïng næ ph¶n øng h¹t nh©n

Trang 15

E= mc 2 (Jun)

 Trong đó : m- Khối l ợng vật ( kg)

c - Vận tốc ánh sáng 3.10 8 m/s

E - Năng l ợng nghỉ của vật ( J)

Trang 16

Trang 17

 E= mc2 chÝnh lµ ph ¬ng tr×nh c¬ b¶n t¹o ra n¨ng l îng cho ph¶n øng h¹t nh©n

Trang 18

Trang 19

 Năng l ợng liên kết: Là năng l ợng tối thiểu cần thiết để

phá hạt nhân đó thành các Nuclons riêng lẻ

Wlk = [Zmp+(A-Z)mn –mhn]c2

hay Wlk = Δm.c2

Trang 20

 N¨ng l îng liªn kÕt, n¨ng l îng liªn kÕt riªng:

 N¨ng l îng liªn kÕt riªng: Lµ n¨ng l îng liªn kÕt tÝnh cho

Trang 21

 §é bÒn v÷ng h¹t nh©n

Trang 22

Trang 23

1 2 3 4

2.1 Kh¸i niÖm vÒ nhiªn liÖu h¹t nh©n

2.2 ChuÈn bÞ nhiªn liÖu

2.4 Chu tr×nh nhiªn liÖu

2.3 Xö lý nhiªn liÖu vµ t¸i xö lý nhiªn liÖu

2.5 C¸c lo¹i nhiªn liÖu

Trang 24

loại- Nhiên liệu vô cơ và nhiên liệu hữu cơ

 Nhiên liệu hữu cơ: Dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên, gỗ

 Nhiên liệu vô cơ: Uranium

Trang 25

nhiên liệu hóa thạch: 1kg Uranium t ơng đ ơng 16 tấn than đá

Trang 26

 Uranim lµ nguyªn tè hãa häc cã tÝnh phãng x¹, cã ¸nh kim lo¹i, mµu

Trang 27

 Uranium là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất đ ợc tìm thấy ở đất,

Trang 28

 Uranium ® îc ph©n bè nhiÒu nhÊt ë Australia

Trang 29

 Uranium có tỷ trọng là 18,5-19 xấp xỉ tỷ trọng của Vàng

 Uranium t ơng đối mềm dễ tiến hành gia công cơ khí

 Trong không khí, Uranium có thể bị ô xy hóa chậm chuyển thành

màu đen

 Uranium có tính phóng xạ và khó có thể nhận ra bằng mắt th ờng

Trang 30

 Plutonium lµ nguyªn tè hãa häc hiÕm cã tÝnh phãng x¹ cao, ký hiÖu

Pu vµ cã sè nguyªn tö 94

 Plutonium lµ kim lo¹i mµu tr¾ng b¹c, bÞ xØn khi tiÕp xóc víi kh«ng

khÝ t¹o thµnh mét líp phñ mê khi bÞ oxi hãa

Trang 31

 Plutonium lµ nguyªn tè kh«ng cã trong tù nhiªn mµ ® îc h×nh thµnh

tõ ph¶n øng cña Uranium.

Trang 32

 Plutonium bao gồm nhiều đồng vị khác nhau.

Trang 33

 Plutonium tån t¹i trong lß ph¶n øng h¹t nh©n, chÊt th¶i lß ph¶n øng

h¹t nh©n, chÊt th¶i sau vô næ h¹t nh©n

 Trong lß ph¶n øng h¹t nh©n, 2/3 n¨ng l îng ® îc t¹o thµnh tõ U235 vµ 1/3 n¨ng l îng ® îc t¹o thµnh tõ Pu 239

Trang 34

 Phần lớn Uranium không đ ợc khai thác trực tiếp mà nằm lẫn với các

nguyên tố khác

 Tùy thuộc vào các mỏ quặng khác nhau, nh ng hàm l ợng Uranium

trong quặng là rất thấp.

 Sau khi đ ợc khai thác, quặng sẽ đ ợc đập nhỏ, nghiền nát và sử dụng

một số thao tác hóa học để chế xuất Uranium

 Sản phẩm của quá trình chế xuất trên sẽ là một chất nhão màu vàng

gọi là “ Bánh vàng” Bánh vàng chứa khoảng 75% Oxit Uranium

 Việc khai thác và tăng hàm l ợng Uranium gọi là quá trình tuyển

quặng Uranium Quá trình tuyển quặng đ ợc làm trực tiếp tại mỏ

Trang 35

Trang 36

 “B¸nh vµng” kh«ng ® îc dïng ngay trong lß ph¶n øng mµ ph¶i lo¹i

hÕt t¹p chÊt th«ng qua nhiÒu giai ®o¹n lµm tinh khiÕt- refining

Trang 37

 Sau khi đạt độ tinh khiết, Oxit Uranium sẽ đ ợc chuyển thành

Teraflourua Uranium ( UF4)- conversion

Trang 38

 Trong tự nhiên chỉ có 0,7% U235 Muốn sử dụng làm nhiên liệu trong

lò phản ứng hạt nhân ta phải làm giàu U 235 lên 3-5%

 Làm giàu Uranium rất khó vì U235 và U 238 là các đồng vị của cùng một nguyên tố nên hầu nh tính chất hóa học và khối l ợng khác nhau rất ít

 Hiện nay có 3 ph ơng pháp làm giàu Uranium chính là:

 Khuếch tán khí

 Siêu ly tâm

 Phân tách đồng vị bằng Laser ( Chỉ mới áp dụng trong phòng thí nghiệm)

Trang 39

 Khuếch tán khí:

 Uranium đ ợc chuyển từ tetraflourua Uranium ( UF4) thành hexaflourua Uranium ( UF6) có đặc tính là thể khí bắt đầu từ

56 0C

 UF6 sẽ đ ợc đi qua một loạt các “ hàng rào” là những tấm màng

đục lỗ rất nhỏ Các phân tử hexaflourua U 235 nhẹ hơn nên đi qua các hàng rào nhanh hơn, nhờ vậy có thể dần dần làm giàu Uranium.

Trang 40

Làm giàu Uranium

Khuếch tán khí:

 Tuy nhiên do khối l ợng 2 đồng vị khác nhau rất ít nên sự di chuyển cũng khác nhau rất ít Một nhà máy làm giàu Uranium cần phải thao tác lặp lại 1400 lần để sản xuất ra Uranium có độ giàu U 235 cần thiết.

Trang 41

Trang 42

Siêu ly tâm:

 Do khối l ợng gần giống nhau nên muốn đạt đến hàm l ợng Urani

cần thiết thì phải qua nhiều giai đoạn nối tiếp

Trang 43

Phân tách đồng vị bằng Laser ( SILVA):

 Ph ơng pháp này hiện đang đ ợc sử dụng trong phòng nghiên cứu

và ch a đ ợc sử dụng trong công nghiệp

 Ph ơng pháp này cho phép tách một nguyên tử Urani 235 và một nguyên tử Urani 238 chỉ qua một giai đoạn

 Nguyên lý của ph ơng pháp này là lấy đi một electron Urani 235 bằng cách sử dụng năng l ợng do chùm laser cung cấp mà không

đụng đến Urani 238

Trang 44

Những tia laser có b ớc sóng đ ợc lựa chọn một cách chính xác cung cấp năng l ợng cần thiết để electron bứt ra khỏi Urani 235 chứ không phải Urani 238

Trang 45

Sau khi Ion hóa mang điện tích d ơng, Urani 235 sẽ bị tách khỏi hơi Urani bởi một điện tr ờng và đ ợc thu về phía cực âm trên các

bộ góp

Trang 46

Chế tạo các bó thanh nhiên liệu

 Sau khi đ ợc làm giàu, hexaflourua Urani đ ợc chuyển về oxit Urani d ới dạng chất bột màu đen.

 Chất bột này đ ợc ép rồi nung để cho ra những khối trụ tròn nhỏ

có chiều dài chừng 1cm và kích th ớc cỡ mẩu phấn nhỏ gọi là

“viên” Mỗi viên nặng 7g và có thể cung cấp năng l ợng t ơng đ

ơng 1 tấn than đá.

Trang 47

ChÕ t¹o c¸c bã thanh nhiªn liÖu

 C¸c viªn ® îc xÕp vµo nh÷ng èng kim lo¹i dµi chõng 4m b»ng hîp kim ziriconi, nh÷ng èng nµy dïng lµm “vá bäc”, hai ®Çu bÞt kÝn, t¹o thµnh c¸c “thanh” nhiªn liÖu.

Trang 48

ChÕ t¹o c¸c bã thanh nhiªn liÖu

 Ng êi ta l¹i kÕt hîp 264 thanh nhiªn liÖu kÕt l¹i thµnh nh÷ng “ bã cñi” tiÕt diÖn h×nh vu«ng gäi lµ bã thanh nhiªn liÖu

 §Ó n¹p nhiªn liÖu cho mét lß ph¶n øng 900 MW cÇn dïng 157

bã thanh nhiªn liÖu chøa tÊt c¶ 11 triÖu “viªn”

Trang 49

Trang 50

Trang 51

Sự thoái hóa của nhiên liệu

 Theo thời gian, nhiên liệu chịu một số biến đổi và giảm dần tính năng của nó.

 Sự xuất hiện các sản phẩm phân hạch hấp thụ neutron làm ảnh h ởng đến phản ứng dây chuyền

 Sau một thời gian, nhiên liệu phải bị rút ra khỏi lò phản ứng mặc

dù vẫn còn một số l ợng lớn vật lệu cung cấp năng l ợng có thể thu hồi đ ợc là Uranium và Plutonium

Trang 52

Sự thoái hóa của nhiên liệu

Nhiên liệu đã sử dụng có hoạt độ phóng xạ rất cao do sự có mặt của các sản phẩm phân hạch.

 Bức xạ do các nguyên tử phóng xạ phát ra tỏa ra rất nhiều nhiệt.

 Sau khi sử dụng, nhiên liệu đã cháy đ ợc cất giữ trong một bể làm lạnh ở gần lò phản ứng trong 3 năm để giảm hoạt độ phóng xạ

Trang 53

 Thu hồi Urani 235 và Plutoni còn có thể sử dụng đ ợc để sản xuất

ra điện

 Phân loại các chất thải phóng xạ không thu hồi đ ợc

 Các n ớc không tái xử lý : Thụy Điển, Mỹ Nhiên liệu đã sử dụng

sẽ đ ợc coi nh chất thải và cất giữ ngay sau khi rút khỏi lò phản ứng

 Các n ớc tái xử lý: Pháp, Anh, Nga, Nhật

 Các n ớc tải xử lý ở n ớc khác ( Pháp): Đức, Thụy Sĩ, Bỉ

Trang 54

 Một loạt các xử lý hóa học tiếp theo sẽ tách Urani và Plutoni ra khỏi các sản phẩm phân hạch.

 Những sản phẩm này đ ợc trộn vào thủy tinh đặc biệt ( sự thủy tinh hóa) và cất giữ nh chất thải hạt nhân

 Urani và Plutoni chiếm khoảng 97% của toàn bộ chất thải sẽ bị tách biệt và cất giữ riêng rẽ

Trang 55

Tái chế nhiên liệu

 Những nhiên liệu hỗn hợp Oxit Urani và Oxit Plutoni đã đ ợc sử dụng tại một số lò phản ứng của EDF

 Urani thu hồi đ ợc trong quá trình xử lý cũng hơi giàu hơn Urani thiên nhiên ( 1% Urani 235) và có thể đ ợc làm giàu lần nữa đến nhiên liệu thông th ờng

Trang 56

Trang 57

 Chu trình hở là chu trình sử dụng và đào thải nhiên liệu Nhiên liệu

sau khi dùng xong đ ợc cất giữ lâu dài mà không tái xử lý

 Chu trình kín: là chu trình tái chế nhiên liệu hạt nhân sau khi sử

dụng Chu trình kín cho phép lấy lại cả U và Pu

Trang 58

Trang 59

Thủy điện

1 2 3

3.1 Lịch sử phát triển nhà máy điện hạt nhân

3.2 Nguyên lý hoạt động nhà máy điện hạt nhân

3.3 Cấu tạo nhà máy điện hạt nhân

3.4 Phân loại nhà máy điện hạt nhân

Trang 60

Trang 61

Enrico Fermi thùc hiÖn t¹i Chicago- Gäi lµ lß Chicago Pile 1

Trang 62

cuéc sèng Lß EBR-1, Indaho Fall, United States

Trang 63

thµnh phè Obininsk , Liªn X« vµo n¨m 1954.

 C«ng suÊt nhµ m¸y 5MW, sö dông Urani tù nhiªn, chÊt lµm chËm lµ

Graphite

Trang 64

 Lò phản ứng đầu tiên ra đời vào những năm 1950

 Lò PƯ có tên Magnox do 3 nhà vật lý ng ời Anh sáng chế là Ts Ion,

Ts Khalit, và Ts Magwood

 Lò Magnox sử dụng nguyên liệu urani trong thiên nhiên trong đó chỉ

có 0,7% chất đồng vị U 235 và 99,3% U 238

 Chất làm chậm là Graphit, chất tải nhiệt là CO2

 Lò phản ứng thế hệ I đầu tiên là lò Candler Hall đ ợc vận hành vào

ngày 17 tháng 10 năm 1956 tại Anh Công suất lò là 50 MW

Trang 65

 Các ống kim loại urani đ ợc bao bọc bằng một lớp hợp kim gồm

 Để điều khiển vận tốc phản ứng dây chuyền hoặc chặn đứng phản

ứng, lò Magnox sử dụng một loại thép đặc biệt Nó có tính chất hấp thụ các neutron, do đó có thể điều khiển phản ứng theo ý muốn

 Có 26 lò Magnox đã hoạt động ở n ớc Anh, hiện chỉ còn 8 lò đang

hoạt động

Trang 66

 Ra đời vào thập niên 70, hiện chiếm đa số các lò đang hoạt động trên

thế giới

 Ban đầu, lò này áp dụng nguyên lý lò áp lực PWR Nh ng đã dần dần

đ ợc thay thế bằng lò n ớc sôi BWR.

 Nhiên liệu sử dụng cho lò này là hợp chất urani đioxit và hợp kim

này đ ợc bọc trong các ống cấu tạo bằng kim loại zirconi

Trang 67

tăng áp suất

truyền nhiệt qua tuabin để biến thành điện năng.

Trang 68

 Kể từ cuối thập niên 80, thế hệ III bắt đầu đ ợc nghiên cứu với nhiều cải tiến từ các lò phản ứng loại BWR của thế hệ II

 Năm 1996 tại Nhật đã có loại lò này

 Hiện tại các lò này đang đ ợc sử dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới vì thời gian xây dựng t ơng đối ngắn ( chỉ xây trong khoảng 3 năm) và chi phí cũng giảm so với các lò thuộc thế hệ tr ớc

 Hơn nữa, việc vận hành cũng nh bảo d ỡng loại lò này t ơng đối đơn giản và an toàn hơn

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	9,4 MB