1. Khái niệm năng lượng hạt nhân: 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. 2. Các loại phản ứng hạt nhân: 2.1. Phản ứng phân hạch: Là phản ứng phân rã nguyên tử, có tỏa nhiệt. Tổng khối lượng sản phẩm bằng tổng khối lượng ban đầu. Khối lượng bị mất đã chuyển sang dạng nhiệt và bức xạ điện từ, đồng thời giải phóng một năng lượng rất lớn. Khi một Nơtron bắn phá hạt nhân U235, hạt nhân bị tách thành hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hơn, kèm theo việc giải phóng năng lượng ở dạng động năng, bức xạ gamma và phát ra notron tự do, các notron tự do này tiếp tục bắn phá các hạt nhân khác để tạo ra phản ứng hạt nhân dây chuyền. 2.2 Phản ứng tổng hợp hạt nhân: Là quá trình 2 hạt nhân 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. Nhiên liệu thường dùng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân là đồng vị deuterium,tritium của Hydrogen. Các đồng vị này có thể trích lấy dễ dàng từ thành phần nước biển, hoặc tổng hợp không mấy tốn kém từ nguyên tử Hydrogen. Để làm cho các hạt nhân hợp lại với nhau, cần tốn một nguồn năng lượng rất lớn, ngay cả với các nguyên tử nhẹ nhất như hydro. Điều đó được giải thích là do các quá trình của phản ứng đều khó thực hiện: bước 1 cần phải nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa hoàn toàn tất cả các nguyên tử, đồng thời tách loại electron để biến nhiên liệu phản ứng hoàn toàn trở thành hạt nhân không có electron ở thể plasma. Sau đó cần phải cung cấp động năng cực kỳ lớn cho các hạt nhân vượt qua tương
NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN THẾ HỆ THỨ CẢI TIẾN Khái niệm lượng hạt nhân: Năng lượng hạt nhân loại công nghệ hạt nhân thiết kế để tách lượng hữu ích từ hạt nhân ngun tử thơng qua lị phản ứng hạt nhân có kiểm sốt Các loại phản ứng hạt nhân: 2.1 Phản ứng phân hạch: - Là phản ứng phân rã nguyên tử, có tỏa nhiệt - Tổng khối lượng sản phẩm tổng khối lượng ban đầu - Khối lượng bị chuyển sang dạng nhiệt xạ điện từ, đồng thời giải phóng lượng lớn - Khi Nơtron bắn phá hạt nhân U235, hạt nhân bị tách thành hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hơn, kèm theo việc giải phóng lượng dạng động năng, xạ gamma phát notron tự do, notron tự tiếp tục bắn phá hạt nhân khác để tạo phản ứng hạt nhân dây chuyền 2.2 Phản ứng tổng hợp hạt nhân: - Là trình hạt nhân hợp lại với để tạo nên nhân nặng Cùng với trình phóng thích lượng hay hấp thụ lượng tùy vào khối lượng hạt nhân tham gia - Nhiên liệu thường dùng phản ứng tổng hợp hạt nhân đồng vị deuterium,tritium Hydrogen Các đồng vị trích lấy dễ dàng từ thành phần nước biển, tổng hợp không tốn từ nguyên tử Hydrogen - Để làm cho hạt nhân hợp lại với nhau, cần tốn nguồn lượng lớn, với nguyên tử nhẹ hydro Điều giải thích q trình phản ứng khó thực hiện: bước cần phải nguyên tử hóa phân tử, ion hóa hồn tồn tất ngun tử, đồng thời tách loại electron để biến nhiên liệu phản ứng hồn tồn trở thành hạt nhân khơng có electron thể plasma Sau cần phải cung cấp động lớn cho hạt nhân vượt qua tương tác đẩy Coulomb chúng mà va vào Nhiệt độ cần thiết lên đến hàng triệu độ C.Nhưng kết hợp nguyên tử nhẹ, để tạo nhân nặng giải phóng neutron tự do, phóng thích nhiều lượng lượng nạp vào lúc đầu hợp hạt nhân 2.3 Phân rã phóng xạ: - Phóng xạ tượng số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi phát xạ hạt nhân (thường gọi tia phóng xạ) Các ngun tử có tính phóng xạ gọi đồng vị phóng xạ, cịn ngun tử khơng phóng xạ gọi đồng vị bền Các nguyên tố hóa học gồm đồng vị phóng xạ (khơng có đồng vị bền) gọi nguyên tố phóng xạ.các tia phóng xạ có từ tự nhiên bị chặn tầng khí Trái Đất - Tia phóng xạ chùm hạt mang điện dương hạt anpha, hạt proton; mang điện âm chùm electron (phóng xạ beta); khơng mang điện hạt nơtron, tia gamma (có chất giống ánh sáng lượng lớn nhiều) Sự tự biến đổi hạt nhân nguyên tử, thường gọi phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân - Tự phân hạch trình hạt nhân nguyên tử phóng xạ có số khối lớn Ví dụ uranium tự vỡ thành mảnh hạt nhân kèm theo thoát nơtron số hạt khác, dạng phân rã hạt nhân - Trong tự phân hạch phân rã hạt nhân có hụt khối lượng, tức tổng khối lượng hạt tạo thành nhỏ khối lượng hạt nhân ban đầu Khối lượng bị hao hụt chuyển hóa thành lượng khổng lồ tính theo cơng thức tiếng Albert Einstein E=mc² E lượng phân rã hạt nhân, m độ hụt khối c=298 000 000 m/s vận tốc ánh sáng chân không Cấu tạo nguyên lý hoạt động nhà máy điện hạt nhân: 3.1 Cấu tạo: Một nhà máy điện hạt nhân thường gồm phần chính: - Lị phản ứng hạt nhân, nơi xảy phản ứng phân hạch - Máy phát điện chạy nước - Tuabin, dùng nước làm quay để chạy máy phát điện - Bộ phận ngưng tụ: làm lạnh nước, chuyển trở lại thành pha lỏng 3.2 Nguyên lý hoạt động: - Trong lò phản ứng, lõi nhiên liệu uranium tác động lẫn để tạo nhiệt độ 2.200 độ C Quy trình bắt đầu nhiệt lượng đun sôi nước, nươc biến đổi thành hơi, sử dụng để quay tuabin nối liền với máy phát điện Sau qua tuabin, nước làm nguội ngưng tụ thành nước nhiệt độ thấp Nước nguội đưa trở lại lò phản ứng quy trình lặp lại NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN THẾ HỆ THỨ CẢI TIẾN (3+): 4.1 Tổng quan đời: - Sau thảm họa hạt nhân nhà máy điện hạt nhân Chernobyl với số tai nạn nghiêm trọng rị rỉ phóng xạ khác vụ Three Mile Island (TMI) Mỹ vào năm 1979, Tokaimura Nhật , dư luận giới hồi nghi tính an toàn nhà máy điện hạt nhân Trong suốt thời gian dài từ cuối năm 1980, dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân có bị đình lại, khơng có thêm dự án thông qua.Bước sang kỷ 21, phát triển lớn mạnh kinh tế đẩy nhu cầu lượng giới tăng vọt Các tượng bất thường khí hậu lên tiếng nhắc nhở quốc gia cần giảm thiểu tới loại trừ nguồn luợng có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch Cùng thời gian đó, chiến tranh lạnh kết thúc, kho vũ khí hạt nhân giải trừ, "thải" luợng lớn nhiên liệu hạt nhân chưa biết "dùng vào việc gì".Những biến đổi lớn lao thời đại, thúc đẩy quốc gia quay lại với lượng hạt nhân, theo lộ trình thận trọng hơn.Chính vậy, thiết kế xây dựng nhà máy điện hệ thứ nâng cấp Kết quả, hệ chuyển tiếp, thường biết đến với tên “thế hệ 3+” đời 4.2 Một số đặc điểm: - Tiêu chuẩn hóa thiết kế cho loại để rút ngắn q trình cấp phép, giảm chi phí đầu tư giảm thời gian xây dựng - Thiết kế đơn giản vững hơn, dễ vận hành ổn định hệ thống có nhiều dao động - Hệ số sẵn sang hoạt động cao tuổi thọ dài hơn-mức điển hình 60 năm - Xác suất tai nạn nóng chảy vùng hoạt giảm - Tác động tới môi trường mức tối thiểu - Độ sâu cháy cao từ giảm nhiên liệu sử dụng lượng thải phát sinh - Sử dụng chất hấp thụ cháy nhằm tăng thời gian sử dụng nhiên liệu - Các lò phản ứng hệ 3+ có nhiều cải tiến giúp tăng cơng suất, độ an tồn - Hệ thống an toàn bổ sung thêm máy phát diesel, dùng để vận hành trường hợp cố điện nguồn - Có sẵn bể nước dự trữ đặt vị trí cao có khả tự xối nước làm mát xuống trường hợp hệ thống làm mát gặp cố Khác biệt lớn so với thiết kế thời nhiều nhà máy hạt nhân hệ tích hợp đặc điểm an tồn thụ động nội tại, khơng địi hỏi kiểm soát chủ động người hay can thiệp nhân viên vận hành để tránh tai nạn có trục trặc 4.3 Phân loại: Gồm hai nhóm 4.3.1 Lị phản ứng nước nặng cải tiến: Nước nặng nước deuteri viết D, công tức nước nặng D2O, tiếng Anh deuterium D đồng vị có khối lượng hydro nên cịn viết 2H 4.3.2 Lò phản ứng nước nhẹ cải tiến: (Nước nhẹ nước thường H2O ) Được sử dụng rộng rãi lò phản ứng nước nặng cải tiến, gồm hai nhóm: lị nước sơi cải tiến lò phản ứng nước áp lực cải tiến a Lị phản ứng nước sơi cải tiến: - Lị phản ứng nước sôi cải tiến thỏa mãn yêu cầu loại lị hệ 3+, gồm có hai thiết kế: ESBWR EU-ABWR Dựa vào thiết kế lò SBWR hệ 3, có cơng suất 670 MW, cơng ty General Electric (Canada) thêm vào hệ thống bảo vệ an tồn bị động, cho loại lị ESBWR (Economic Simplified BWR) * Đặc điểm: + Lị ESBWR: - Có công suất tiêu chuẩn 1.560 MW - Thời gian xây dựng 45 tháng, vòng đời sử dụng 60 năm - Giá thành xây dựng từ 1,16 - 1,25 tỷ USD cho 1.000 MW + Lò EU-ABWR: - Thiết kế dựa loại lò ABWR hệ thứ - Nâng công suất đến 1.600 MW đảm bảo quy định tiêu chuẩn an toàn châu âu hệ thống chống lại lỗi thường gặp (CCF- Common cause failure), có cấu bảo vệ chống máy bay đâm vào (Protection against Airplane Crash - APC), thiết bị chống hư hại, rung động cách nhiệt vịng ngồi b Lị phản ứng nước áp lực cải tiến: - Có ưu điểm hệ thống lị nước sơi chỗ sử dụng hai vịng nước làm mát riêng biệt Nước làm mát vòng hai nhận nhiệt gián tiếp từ nước nên hoàn toàn khơng có khả bị nhiễm xạ Do đó, dù có xảy cố rị rỉ nước làm mát, khả lan truyền phóng xạ loại lị nước áp lực thấp so với loại lò lại - Một số loại lò kiểu kể AP-1000, APR-1400, EPR, AP-1000: Là thiết kế công ty Westinghouse - MỹThiết kế có độ an tồn cao Giả sử tai nạn xảy vận hành (như vỡ ống dẫn nước làm mát), lị tự tắt mà khơng cần tác động (của người vận hành, nguồn điện hay bơm) nhờ cấu hoạt động dựa nguyên tắc trọng lực: Nước từ bể chứa cao đóng vai trị động lực q trình + Lị AP-1000: - Được thiết kế có vịng đời hoạt động 60 năm - Nhiên liệu thay với chu kỳ 18 tháng lần chiếm 25% chi phí trì lị + Lị APR-1400: Được KHNP Hàn Quốc phát triển dựa loại lò nước áp lực PWR với thiết kế đảm bảo tính an tồn lị hệ 3+ gia tăng cơng suất + Lị EPR: Là thiết kế cải tiến công ty Siemen từ thiết bị lị PWR đời cũ với cơng suất lên tới 1.650 MW Lị phản ứng EPR sử dụng nhiều loại nhiên liệu, từ Uranium làm giầu 5% đến nhiên liệu oxit hỗn hợp (MOX) - Hệ thống an toàn lò nâng cấp tối đa với bốn hệ thống làm mát khẩn cấp, hệ thống đủ sức làm mát cho tồn lị sau tắt Thậm chí, trường hợp vùng hoạt lị bị nóng chảy (như trường hợp tai nạn Chernobyl), lớp bảo vệ thêm vùng làm mát ngăn chặn khơng cho chất phóng xạ phát tán ngồi Lớp tường lị làm bê tơng hai lớp dày đến 2,6 mét ngăn chặn tác động từ bên ngoài, kể bị cơng vũ khí thơng thường - Lị EPR loại lò phản ứng hạt nhân hệ 3+ xây dựng giới Hai lò loại xây dựng Phần Lan Pháp Tuy nhiên chúng chưa hoàn thành vấn đề giá thành đội lên cao khủng hoảng kinh tế + Lò US-APWR: - Được thiết kế cách nâng cấp sửa đổi số thiết kế nhà máy loại APWR gồm việc sử dụng lớp lót lõi lị loại thép phản xạ neutron có hiệu suất cao, giúp tăng khả phản ứng giảm lượng Uranium làm giàu cần thiết 0,1% - Hệ thống sinh cải tiến để tăng suất phát điện thêm 10% - Ngồi ra, loại lị cải tiến lại hệ thống an toàn tự động có khả hoạt động tốt loại trước ... - Trong tự phân hạch phân rã hạt nhân có hụt khối lượng, tức tổng khối lượng hạt tạo thành nhỏ khối lượng hạt nhân ban đầu Khối lượng bị hao hụt chuyển hóa thành lượng khổng lồ tính theo cơng... xạ hay phân rã hạt nhân - Tự phân hạch trình hạt nhân nguyên tử phóng xạ có số khối lớn Ví dụ uranium tự vỡ thành mảnh hạt nhân kèm theo thoát nơtron số hạt khác, dạng phân rã hạt nhân - Trong... nhân nặng giải phóng neutron tự do, phóng thích nhiều lượng lượng nạp vào lúc đầu hợp hạt nhân 2.3 Phân rã phóng xạ: - Phóng xạ tượng số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi phát xạ hạt nhân