LỜI CẢM ƠN
- Ngày nay khoa học kỹ thuật thì rất tiến bộ thiết bị máy móc để phụ vụ cho nhu cầu cuộc sống , vì vậy việc sử dụng nguồn năng lượng sao cho hợp lý là vô cùng quan trọng. Nhất là trong thời đại toàn cầu đang có sự biểu hiện là nguồn năng lượng không tái tạo đang càng trở nên cạn kiệt. Vì vậy việc sử dụng năng lượng tái tạo là quan trọng (như là năng lượng mặt trời, địa nhiệt, thủy triều, năng hạt nhân...).
- Trong môn học này được sự hướng dẫn của Thầy, em tìm hiểu về nguồn năng lượng hạt nhân và các ứng dụng hữu ích của nó mang lại, như là dùng nguồn năng lượng hạt nhân cho nhiều mục đích khoa học, y khoa, và các nhà máy phát điện, tàu thủy, ...
- Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu tìm hiểu những kiến thức để thực hiện báo cáo đề tài cũng như mô hình về ứng dụng năng lượng hạt nhân làm lò phản ứng hơi nước quay tuabin cho máy phát điện , chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót, kính mong quý Thầy (cô) và các bạn góp ý kiến để mình thực hiện được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Trí đã giúp em hoàn thành tốt đề tài này.
TÓM TẮT TIỂU LUẬN 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. Phương pháp duy nhất được sử dụng hiện nay là phân hạch hạt nhân, mặc dù các phương pháp khác có thể bao gồm tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ. Tất cả các lò phản ứng với nhiều kích thước và mục đích sử dụng khác nhau đều dùng nước được nung nóng để tạo ra hơi nước và sau đó được chuyển thành cơ năng để phát điện hoặc tạo lực đẩy.
- Một công dụng quan trọng của năng lượng hạt nhân là phát điện. Sau nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học đã ứng dụng thành công công nghệ hạt nhân cho nhiều mục đích khoa học, y khoa, và công nghiệp khác...
MỤC LỤC
Trang
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................................... iii
TÓM TẮT TIỀU LUẬN .......................................................................................................... iv
MỤC LỤC .................................................................................................................................. v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................................... x
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ......................................................... 12
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................... 27
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ.............................................. 57
CHƯƠNG 5: ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỆN HẠT NHÂN ......................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 102
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
- Gas-cooled fast reactor – GFR (Lò phản ứng nhanh làm mát bằng khí)
- Lead-cooled fast reactor – LFR (Lò phản ứng nhanh làm mát bằng chì)
- Molten salt reactor – MSR (-Lò phản ứng muối nóng chảy)
- Sodium-cooled fast reactor – SFR (Lò phản ứng nhanh làm mát bằng natri)
THUẬT NGỮ
- Cadmium: Một kim loại mềm, màu trắng xanh. Các thanh điều khiển trong những lò phản ứng điện hạt nhân đầu tiên được chế tạo bằng cadmium, vì nó hấp thụ neutron.
- Lò phản ứng nước nhẹ: Kiểu lò phản ứng điện hạt nhân tiêu biểu. Nó sử dụng nước bình thường (nước nhẹ) để tạo ra hơi nước. Hơi nước làm quay tuabin và phát điện.
- Lò phản ứng tái sinh:Một lò phản ứng hạt nhân tạo ra nhiều nhiên liệu hơn nó sử dụng. Nó được thiết kế sao cho một trong các sản phẩm phân hạch của U-235 dùng trong sự phân hạch là plutonium-239 (Pu-239). Pu-239 cũng là một đồng vị có khả năng phân hạch.
- Nguồn radium-beryllium: Hỗn hợp của các nguyên tố radium và beryllium. Radium là một kim loại hiếm, màu trắng xáng, có khả năng phát quang, có hoạt tính Phóng xạ cao. Beryllium là một kim loại nhẹ, màu thép xám, nhiệt độ nóng chảy cao, chống ăn mòn.
- Nguyên tử: Đơn vị nhỏ nhất của một nguyên tố. Nó cấu thành từ electron, proton, và neutron. Proton và neutron tạo thành hạt nhân nguyên tử. Các electron thì quay xung quanh hạt nhân.
- Phản ứng dây chuyền: Một sự phân hạch liên tục của các nguyên tử.
- Phản ứng dây chuyền tự duy trì: Một chuỗi phản ứng diễn ra liên tiếp.
- Sản phẩm phân hạch: Các hạt nhân nhẹ thu được từ sự phân hạch. Tổng khối lượng của các sản phẩm phân hạch nhỏ hơn khối lượng của toàn bộ nguyên tử ban đầu, vì đã có sự giải phóng năng lượng và neutron.
- Sự nhiệt hạch: Quá trình trong đó các nguyên tử hợp nhất lại, tạo ra năng lượng.
- Sự phân hạch: Quá trình trong đó hạt nhân của một nguyên tử phân tách và tạo ra nhiệt.
- Uranium: Một kim loại nặng, màu trắng bạc, có tính phóng xạ.
- uranium-235 (U-235): Một đồng vị của uranium dùng làm nhiên liệu trong nhà máy điện hạt nhân.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
- Nguồn gốc lịch sử phát triển của năng lượng hạt nhân:
- Phản ứng phân hạch hạt nhân được Enrico Fermi thực hiện thành công vào năm 1934 khi nhóm của ông dùng nơtron bắn phá hạt nhân uranium.
- Năm 1938, các nhà hóa học người Đức là Otto Hahn và Fritz Strassmann, cùng với các nhà vật lý người Úc Lise Meitner và Otto Robert Frisch cháu của Meitner, đã thực hiện các thí nghiệm tạo ra các sản phẩm của urani sau khi bị nơtron bắn phá. Họ xác định rằng các nơtron tương đối nhỏ có thể cắt các hạt nhân của các nguyên tử urani lớn thành hai phần khá bằng nhau, và đây là một kết quả đáng ngạc nhiên.
- Rất nhiều nhà khoa học, trong đó có Leo Szilard là một trong những người đầu tiên nhận thấy rằng nếu các phản ứng phân hạch sinh ra thêm nơtron, thì một phản ứng hạt nhân dây chuyền kéo dài là có thể tạo ra được. Các nhà khoa học tâm đắc điều này ở một số quốc gia (như Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Pháp, Đức và Liên Xô) đã đề nghị với chính phủ của họ ủng hộ việc nghiên cứu phản ứng phân hạch hạt nhân.
- Sau thế chiến thứ 2, mối đe dọa về việc nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân có thể là nguyên nhân thúc đẩy việc phổ biến công nghệ và vũ khí hạt nhân nhanh chóng, kết hợp với những đều mà các nhà khoa học nghĩ, có thể là một đoạn đường phát triển dài để tạo ra bối cảnh mà theo đó việc nghiên cứu lò phản ứng phải được đặt dưới sự kiểm soát và phân loại chặt chẽ của chính phủ.
- Đề tài hiểu về năng lượng hạt nhân: em xin trình bày về ứng dụng của nhà máy điện hạt nhân vào việc phát điện năng cho sinh hoạt cũng như trong sản xuất công nghiệp... sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhân tức là chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện năng.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
- Cũng giống như một số trạm năng lượng nhiệt phát điện bằng nhiệt năng từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, các nhà máy năng lượng hạt nhân biến đổi năng lượng giải phóng từ hạt nhân nguyên tử thông qua phản ứng phân hạch.
- Khi một hạt nhân nguyên tử dùng để phân hạch tương đối lớn (thường là urani 235 hoặc plutoni-239) hấp thụ nơtron sẽ tạo ra sự phân hạch nguyên tử. Quá trình phân hạch tách nguyên tử thành 2 hay nhiều hạt nhân nhỏ hơn kèm theo động năng (hay còn gọi là sản phẩm phân hạch) và cũng giải phóng tia phóng xạ gamma và nơtron tự do. Một phần nơtron tự do này sau đó được hấp thụ bởi các nguyên tử phân hạch khác và tiếp tục tạo ra nhiều nơtron hơn. Đây là phản ứng tạo ra nơtron theo cấp số nhân.
- Phản ứng dây chuyền hạt nhân này có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng chất hấp thụ nơtron và bộ đều hòa nơtron để thay đổi tỷ lệ nơtron tham gia vào các phản ứng phân hạch tiếp theo. Các lò phản ứng hạt nhân hầu hết có các hệ thống vận hành bằng tay và tự động để tắt phản ứng phân hạch khi phát hiện các điều kiện không an toàn.
- Hệ thống làm lạnh giải phóng nhiệt từ lõi lò phân ứng và vận chuyển nhiệt đến bộ phận phát điện từ nhiệt năng này hoặc sử dụng vào những mục đích khác. Đặc biệt chất làm lạnh nóng là nguồn nhiệt sẽ được dùng cho các lò nung, và hơi nước nén từ lò nung sẽ làm quay các tuốc bin hơi nước vận hành các máy phát điện.
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân là một nhà máy tạo ra điện năng ở quy mô công nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhân tức là chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện năng.
- Trong lò phản ứng nguyên tử phân hủy hạt nhân với nguyên liệu ban đầu là đồng vị uran 235 và sản phẩm thu được sau phản ứng thường là các neutron và năng lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt lượng này, theo hệ thống làm mát khép kín (để tránh tia phóng xà rò rỉ ra ngoài) qua các máy trao đổi nhiệt, đun sôi nước, tạo ra hơi nước ở áp suất cao làm quay các turbin hơi nước, và do đó quay máy phát điện, sinh ra điện năng.
2.1. Nguyên nhiên liệu:
2.1.1 Trên thế giới:
- Nguyên liệu thường được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân là Uran-235, Uran 33, hoặc Plutoni-239.
- Uranium: Đây là nguyên tố phóng xạ tự nhiên có nhiều trong quặng. Chúng được khai thác, tinh chế và làm giàu để tạo thành urani 235 là chất có khả năng phân hạch cho năng lượng tốt nhất và tiếp tục được chuyển hóa tiếp thành ô xýt uranium dưới dạng chất bột màu đen. Chất bột này được ép rồi nung thành những viên dài 1 cm, nặng khoảng 7 gam. Các viên này được xếp lần lượt vào ống kim loại dài khoảng 4 m bịt kín 2 đầu để tạo thành các thanh nhiên liệu. Mỗi nhà máy điện hạt nhân cần hơn 40.000 thanh nhiên liệu. Cứ 264 thanh được kết lại thành những bó hình vuông gọi là bó thanh nhiên liệu.
- Một lò phản ứng hạt nhân 900 MW cần khoảng 157 bó thanh nhiên liệu (chứa khoảng 11 triệu viên). Các bó này được sắp xếp thành tâm lò phản ứng. Các thanh phải nằm trong lò khoảng 3-4 năm để thực hiện sự phân hạch cung cấp một lượng nhiệt năng đủ làm sôi lượng nước rất lớn. Nguồn nước bốc hơi từ đây sẽ tạo ra nguồn năng lượng làm quay hệ thống tua bin để phát điện.Uranium là nguyên tố phóng xạ yếu, rất nặng và cứng, bề mặt màu xám bạc bóng nhẵn, bị đốt cháy nhanh chóng khi tiếp xúc với không khí.
- Uran ở thị trường có dạng thỏi để sẵn được đánh bóng, gọt dũa, cán mỏng (để tạo ra thanh, ống, lá, dây...)
- Plutoni công nghiệp thu được bằng bức xạ Uranni 238 trong một lò phản ứng hạt nhân, Nó rất nặng có tính phóng xạ và độc tính cao, bề ngoài tương tự Urani và dễ bị bị oxy hóa. Putoni được đưa ra thành các hình thức thương phẩm tương tự như Uranium đã được làm giàu và đòi hỏi khi xử lý phải hết sức cẩn thận.Các hợp chất Urani và Plutoni chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp hạt nhân.
2.2.2 Ở việt nam:
- Uranium trong một số mỏ và điểm quặng ở Việt Nam rất lớn, tính theo U308 dự báo là 218,167 tấn, trong đó cấp C1 là 113 tấn, cấp C2 là 16.563 tấn, cấp P1 là 15.153 tấn và cấp P2+P3 là 186.338 tấn. Với trữ lượng này, Việt Nam có thể sử dụng nguồn nhiên liệu tại chỗ để sản xuất điện hạt nhân.
+ loại quặng 250 ppm : 62.800 tấn U3O8
+ loại quặng 500-600 ppm : 18.300 tấn U3O8
+ loại quặng 1000 ppm : 4700 tấn U3O8.
2.2.Cơ sở lý thuyết Nhà Máy Điên Hạt Nhân:
2.2.1Quy trình xây dựng nhà máy:
- Nhiều yếu tố khác bảo đảm an toàn (như quản lý quá trình xây dựng, lắp đặt thiết bị, vận hành...) của nhà máy điện hạt nhân đều phải tuân thủ những quy trình đặc biệt nghiêm ngặt, mà bất cứ một sai sót nào cũng có thể tiềm ẩn nguy cơ gây mất an toàn.
- Những công việc về bảo đảm an toàn nhà máy điện hạt nhân làm cho các yêu cầu kỹ thuật, tài chính đối với công trình tăng lên rất nhiều
2.2 Cấu tạo của nhà máy điện hạt nhân :
Nhà máy nhiệt điện bao gồm 4 phần chính
- Trung tâm lò phản ứng hạt nhân (reactor core), nơi xảy ra phản ứng phân hạch
- Máy phát điện chạy bằng hơi nước, nơi nhiệt sinh ra từ phân hạch hạt nhân được dùng để tạo hơi.
- Turbine, dùng hơi nước làm quay nó để chạy máy phát điện
- Bộ phận ngưng tụ (condenser), làm lạnh hơi nước, chuyển nó trở lại thành pha lỏng
2.2.3 Lò phản ứng:
2.2.3.1 Cấu tạo từng bộ phận
- Lớp vỏ bảo vệ sinh học
- Ống dẫn chất truyền nhiệt vào
- Vỏ lò phản ứng hạt nhân
- Ống dẫn chất truyền nhiệt ra
- Nắp lò phản ứng
- Hệ thống điều khiển phản ứng dây truyền .
- Gá đỡ trên.
- Vùng phản ứng (hoạt động)
- Thanh nhiên liệu
- Bộ phận làm mát lớp vỏ bảo vệ sinh học
- Gá đỡ dưới
2.2.3.2 Chức năng của từng bộ phận:
- Vùng hoạt động là bộ phận quan trọng nhất của lò hạt nhân vì ở đó xảy ra phản ứng dây chuyền, nó truyền một lượng nhiệt lớn cho chất truyền nhiệt mang ra ngoài.
- Hệ thống điều khiển bảo vệ dùng để điều khiển phản ứng dây chuyền. Hệ thống này được làm từ các vật liệu có khả năng hấp thụ các hạt notron cao (Bo, Cd).Thanh điều khiển có thể di chuyển lên cao hoặc xuống thấp gần các thanh nhiên liệu nhờ các nam châm điện (trong trường hợp khẩn cấp, người ta ngắt điện và các chất hấp thụ nơtron rơi vào tâm lò, làm ngừng phản ứng hạt nhân).
- Lớp vỏ bảo vệ sinh học: có nhiệm vụ làm giảm cường độ các tia phóng xạ đến mức độ cho phép .
|
Lò phản ứng được đặt trong một bể chứa bằng sắt không rỉ. Bên ngoài bể chứa được gia cố bằng lớp tường xi măng có độ dày hàng mét để ngăn chặn chất phóng xạ rò rỉ ra ngoài trong trường hợp sự cố xảy ra. Ảnh: nextbigfuture.com. |
- Thanh nhiên liệu: Nguyên liệu thường được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân là Uran-235, Uran-233, hoặc Plutoni-239. Phản ứng dây truyền được xẩy ra dưới tác động ban đầu của các notron. Thanh nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân được làm thành dạng viên Uranium oxide hình trụ, hình cầu, tấm… Chúng được xếp vào các hộp zircalloy 4 (hợp kim của zirconium, rất bền, chịu được nhiệt độ cao và không hấp thụ nơtron). Phổ biến nhất là dạng hình trụ, tập hợp thành bó vuông gồm khoảng 200 thanh. Người ta còn chừa một số vị trí trong đó để đặt các thanh điều khiển.
|
Khi nguyên tử urani hoặc plutoni hấp thụ một neutron, nó có thể trải qua phản ứng phân hạch hạt nhân để tách thành nhiều hạt nhỏ hơn. Phản ứng phân hạch sản sinh một lượng nhiệt lớn cùng neutron mới. Những neutron mới tiếp tục bắn phá nguyên tử urani hoặc plutoni để tạo nên phản ứng dây chuyền. Ảnh: blogspot.com. |
- Chất làm chậm: với chức năng làm giảm tốc độ của các nơtron sinh ra từ phản ứng phân hạch để dễ dàng tạo ra sự phân hạch tiếp theo. Thông thường sử dụng nước làm chất chậm
- Chất phản xạ: Có nhiệm vụ làm tăng số lượng các hạt notron trong vùng phản ứng, không cho các hạt notron bắn ra ngoài, và làm các hạt notron phân bố đều trong vùng phản ứng (hoạt động). Có thể kết hợp chất làm chậm và chất phản xạ (nước, graphite) hoặc có thể dùng Uran tự nhiên .
- Chất truyền nhiệt: Truyền nhiệt năng từ vùng phản ứng ra ngoài. Chất truyền nhiệt có thể chạy trong các ống áp lực, hoặc trực tiếp chạy qua vùng phản ứng. Chất truyền nhiệt thông thường được sử dụng là nước.
Nguồn phát điệ
- Vòng truyền nhiệt sơ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng phản ứng, nhận năng lượng sinh ra từ phản ứng dây truyền. Chất tải nhiệt vòng sơ cấp, được giữ ở trạng thái lỏng dưới áp suất cao, mang nhiệt từ lò hạt nhân tới thiết bị sinh hơi, tại đây diễn ra trao đổi nhiệt với vòng thứ cấp.
- Vòng truyền nhiệt thứ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng trao đổi nhiệt với vòng truyền nhiệt thứ nhất, nhận nhiệt năng đem đến bộ phận tạo hơi nước làm quay turbin
Chu trình gồm bảy khâu:
- Khai thác quặng Uranium
- Xử lý quặng uranium,
- Làm giàu quặng đồng vị 235U,
- Chế tạo thanh nhiên liệu,
- Phát xạ trong lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân,
- Xử lý nhiên liệu đã được phát xạ,
- Xử lý phế liệu hạt nhân.
2.2.4 Chu trình nhiên liệu hạt nhân:
- Sau khi quặng được đào ra khỏi mỏ thì được lọc ra khỏi đất đá vặt. Sau khâu làm tinh khiết thì uranium ở dưới dạng oxy uranium UO2 hình bánh nguyệt mầu vàng xám nên được gọi là yellow cake (bánh mầu vàng
- Uranium tự nhiên chỉ có 0,7 phần trăm đồng vị 235U. Hàm lượng này không đủ để duy trì dây chuyền phản ứng nên người ta phải gia tăng hàm lượng đó. Để làm việc đó oxy uranium UO2 được đổi thành khí hexa fluorur uranium UF6 qua một số quy trình hóa học. Sau đó một phần phân tử UF6 có đồng vị 238U được loại ra làm tăng tỷ lệ những phân tử có đồng vị 235U. Việc gia tăng hàm lượng đồng vị 235U này gọi là việc làm giàu uranium.
- Hiện có nhiều phương pháp tách phân như là phương pháp khuếch tán, phương pháp siêu quay rẩy hay là phương pháp laser. Chỉ có những cường quốc có vũ khí hạt nhân mới nắm được công nghệ này.
- Sau khâu làm giầu, uranium tự nhiên có hàm lượng đồng vị 235U bị giảm đi. Người ta nói rằng uranium đã bị làm nghèo. Uranium này được để sang một bên chờ ngày công nghệ neutron mau lẹ được hiệu chỉnh và biến thành 239Pu khả phân. Còn uranium với hàm lượng đồng vị 235U được gia tăng, mà chúng ta gọi là uranium được làm giầu, thì được biến đổi trở lại thành oxy uranium UO2. Sau khi được vo thành viên, những viên oxy uranium được đổ vào trong lòng những thanh bằng một hợp kim zirconium gọi là zircalloy.
- Những thanh đó có những cánh để có thể tải nhiệt khi năng lượng sinh ra nhân những phản ứng hạt nhân. Chúng được gom lại thành bó trước khi đặt vào lò phản ứng. Việc chế tạo những viên UO2, những thanh và những bó nhiên liệu này cần phải được rất chính xác để không bị trục trặc khi đặt nhiên liệu vào lò phản ứng, khi rút chúng ra khỏi lò và để khi lò điều hành nhiệt năng có thể tỏa ra khỏi những thanh nhiên liệu một cách hài hòa.
|
|
||
|
Trong lõi của lò phản ứng, nguyên tố urani hoặc plutoni được nạp vào các thanh nhiên liệu (màu đỏ) chìm trong nước. Các thanh điều khiển (màu đen) để làm nhanh hoặc chậm quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân được đặt bên dưới các thanh nhiên liệu. Ảnh: NHK.
|
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP
- Những áp dụng tương lai của lò hơi hạt nhân:
- Trong một lò phản ứng hạt nhân, nước có hai công dụng : làm giảm tốc độ những neutron để chúng có thể đập vỡ những hạt nhân uranium U‑235 và sinh ra năng lượng, và chuyển ra khỏi lò năng lượng sinh ra từ những phản ứng hạt nhân. 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 đó sinh ra hơi nước hoặc trực 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 cũng được gọi là lò hơi hạt nhân.
- Hơi nước sinh ra có thể dùng để sản xuất điện, nhưng cũng có thể dùng trong mọi sinh hoạt cần đến hơi nước. Ngành năng lượng phân biệt mêga-watt dưới dạng nhiệt và mêga-watt dưới dạng điện. Khi chuyển từ dạng hơi nước sang dạng
- Hiện nay nguồn năng lượng của những mạng nhiệt năng là cặn những thùng dầu, khí đồng hàn, gỗ vụn, bã mía, rác đô thị, những chất thải khác có trữ lượng năng lượng cao,... Ít khi nào người ta dùng những nhiên liệu quý báu như là dầu hay khí đốt. Ở những khu mỏ than, người ta dùng than vụn hay than có trữ lượng năng lượng quá thấp để có thể thành thương phẩm. Ở một cảng dầu, người ta dùng cặn nạo từ những thùng chứa dầu của tầu biển hay ở trên đất liền. Ở những vùng khai thác rừng, người ta dùng gỗ vụn của những nhà máy cưa hay gom từ những công trường đốn gỗ. Ở các miền quê, người ta dùng bã mía, trấu thóc, rơm, vỏ dừa,... mọi vật liệu có thể sinh ra nhiệt lượng khi bị đốt. -Một mạng nhiệt năng dùng những vật liệu đó thường nhằm mục đích chính giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do phế liệu gây ra
4.2. Các giải pháp:
4.2.1. Lò phản ứng nhanh làm mát bằng khí (gas-cooled fast reactor - GFR):
- Lò GFR được thiết kế chủ yếu để sản xuất điện và quản lý các chất actinit, nhưng nó cũng có khả năng hỗ trợ sản xuất hyđro. Đặc điểm của hệ thống chuẩn GFR: phổ nơtron nhanh, lò phản ứng chu trình Brayton làm mát bằng hêli, chu trình nhiên liệu kín để tái chế các actinit, và nhà máy hiệu suất 48%.
- Một số dạng nhiên liệu (gốm, phần tử nhiên liệu, và các phần tử bọc gốm) hiện đang được xem xét dùng cho lò GFR có cùng điểm chung: Cho phép lò phản ứng vận hành ở nhiệt độ rất cao, nhưng vẫn đảm bảo bao bọc tốt các sản phẩm phân hạch. Cấu hình phần lõi sẽ hoặc là các khối lắp ráp nhiên liệu dựa trên dạng chốt hoặc dạng đĩa, hoặc là các khối lăng trụ.
- đốt nhiên liệu urani-thori ở nhiệt độ cao, và có khả năng sản xuất 330
- MW. Các phần tử (thanh) nhiên liệu của nhà máy Fort Saint Vrain có tiết diện lục lăng, mật độ năng lượng đủ thấp để nếu có mất chất làm mát sơ cấp cũng không dẫn đến gây quá nhiệt trực tiếp lõi lò phản ứng.
- Độc lập với các công trình trên là lò phản ứng môđun tầng sỏi (pebble-bed modular reactor - PBMR), công suất 300 MW nhiệt, sử dụng hệ thống biến đổi công suất tuabin khí chu trình kín
- Cuối cùng, một consortium các viện nghiên cứu của Nga đã kết hợp với General
- Atomics thiết kế tuabin khí - lò phản ứng hêli dạng môđun (GT-MHR), công suất
- 300-30 MW nhiệt. Toàn bộ nhà máy GT-MHR hầu như được chứa trong hai khoang áp lực thông nhau, tất cả nằm bên trong kết cấu bê tông ngầm dưới đất. Lõi của GT-MHR đang được thiết kế để sử dụng bất kỳ trong số nhiều loại nhiên liệu đa dạng (kể cả thori/uran hàm lượng cao và Th/U-233). Lò này còn có khả năng biến đổi plutoni phẩm cấp vũ khí hạt nhân hoặc plutoni phẩm cấp lò phản ứng thành điện năng.
4.2.2. Lò phản ứng nhanh làm mát bằng chì (lead-cooled fast reactor - LFR):
- Lò LFR là lò phản ứng phổ nơtron nhanh, được thiết kế để sản xuất điện năng và hyđro, đồng thời quản lý được các actinit. Ba khía cạnh kỹ thuật cơ bản của lò LFR là: sử dụng chì để làm mát, tuổi thọ lõi cao (15 đến 20 năm), và tính môđun và kích thước nhỏ (khả năng thích hợp để triển khai ở những lưới điện nhỏ hoặc vùng xa xôi hẻo lánh)
4.2.3. Lò phản ứng muối nóng chảy (molten salt reactor - MSR):
- Lò MSR là lò nhiên liệu lỏng có thể sử dụng để đốt các actinide, sản xuất điện năng, hyđro, và nhiên liệu phân hạch. Trong hệ thống này, nhiên liệu muối nóng chảy chảy qua các kênh lõi graphít. Nhiệt tạo ra trong muối nóng chảy được truyền sang hệ thống chất làm mát thứ cấp thông qua bộ trao đổi nhiệt trung gian, sau đó qua một bộ trao nhiệt nữa tới hệ thống biến đổi năng lượng. Các actinide và phần lớn các sản phẩm phân hạch tạo nên các florua trong chất lỏng làm mát. Nhiên liệu lỏng đồng nhất cho phép bổ sung actinide mà không yêu cầu phải chế tạo nhiên liệu.
- Trong những năm 1960, Mỹ đã phát triển lò phản ứng tái sinh muối nóng chảy như là phương án chính hỗ trợ cho lò phản ứng tái sinh truyền thống. Công tác nghiên cứu gần đây tập trung vào các chất làm mát florua lithi và berylli vớithori hoà tan và nhiên liệu U 233. Bộ Năng lượng Mỹ có kế hoạch tiếp tục hợp tác trong tương lai với các chương trình lò phản ứng muối nóng chảy của Euratom
4.2.4. Lò phản ứng nhanh làm mát bằng natri (sodium-cooled fast reactor – SFR):
- Mục tiêu ban đầu của chương trình lò SFR là quản lý các actinide, cắt giảm các sản phẩm thải, và tiêu thụ uran một cách hiệu quả hơn. Tuy nhiên theo dự kiến, các thiết kế lò trong tương lai không chỉ sản xuất ra điện năng mà còn cung cấp nhiệt, sản xuất hyđro, và có thể còn để khử mặn nữa. Phổ nơtron nhanh của lò SFR có thể cho phép sử dụng các vật liệu phân hạch hữu ích, kể cả uran yếu, một cách hiệu quả hơn nhiều so với các lò LWR hiện nay.
- Trong số các đặc điểm quan trọng về độ an toàn của hệ thống SFR phải kể đến thời gian đáp ứng nhiệt dài (lò phản ứng nóng lên chậm), độ dự phòng lớn giữa nhiệt độ vận hành và nhiệt độ sôi của chất làm mát (xác suất xảy ra sự cố sôi là thấp hơn), hệ thống sơ cấp làm việc gần với áp suất khí quyển, và hệ thống natri trung gian giữa natri hoạt tính phóng xạ trong hệ thống sơ cấp và nước và hơi nước trong nhà máy điện.
CHƯƠNG 5: ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỆN HẠT NHÂN
5.1. Năng lượng hạt nhân là một giải pháp kinh tế, an toàn và là nguồn năng lượng sạch đảm bảo sự phát triển bền vững trong việc thoả mãn nhu cầu điện năng tăng mạnh trên toàn cầu.
- Năng lượng hạt nhân là một công nghệ sạch, có khả năng mở rộng trên quy mô lớn để cung cấp nguồn điện ổn định, liên tục. Tài nguyên urani còn phong phú và triển vọng cung cấp nhiên liệu với giá ổn định.
5.2. Lò phản ứng hạt nhân thực sự không phát thải khí hiệu ứng nhà kính, sử dụng chúng để phát triển điện có thể giúp kiềm chế được mối nguy hiểm nóng lên toàn cầu và thay đổi khí hậu. Nhiên liệu hoá thạch ( than, dầu, khí) khi được dùng để sản xuất điện hay trong động cơ xe cộ và máy móc sẽ phát tán khí CO2 trực tiếp vào không khí. Năng lượng hạt nhân ban đầu hầu như không thải khí CO2 hay bất kỳ khí gây hiệu ứng nhà kính nào.
- Năng lượng hạt nhân còn giúp giảm bớt ô nhiễm không khí và bề mặt trái đất. Lò phản ứng hạt nhân không thải ra khói (Nguyên nhân gây ra sương mù và các bệnh về đường hô hấp) và chất khí tạo nên mưa axit (huỷ hoại rừng và ao hồ).
5.3. Chất thải phóng xạ không phải là một điểm mà là một đặc thù của năng lượng hạt nhân. So với lượng thải khổng lồ của năng lượng hoá thạch vào khí quyển, lượng chất thải hạt nhân nhỏ được quản lý tốt có thể cất giữ mà không gây hại cho con người mà môi trường.
- Chất thải phóng xạ được kiểm soát theo cách ngăn không để chúng bị đánh cấp hay làm ô nhiễm môi trường xung quanh. Phần lớn nhiên liệu đã dược sử dụng được giữ tại nhà may.
5.4. Điện hạt nhân có thành tích an toàn, xuất sắc hơn hẳn so với các công nghiệp năng lượng khác trong quảng kinh nghiệm vận hành trên 11.000 lò/năm.
- Ngày nay, các lò phản ứng hạt nhân áp dụng triết lý “phòng thủ theo chiều sâu” nghĩa là gồm nhiều lớp bảo vệ vững chắc và các hệ thống an toàn dự phòng để ngăn chặn rò rỉ phóng xạ thậm chí trong điều kiện tai nạn xấu nhất.
5.5. Vận chuyện vật liệu hạt nhân, đặc biệt là nhiên liệu mới, nhiên liệu đã qua sử dụng và chất thải trong suốt bốn thập kỷ qua chưa hề gây rò thoát phóng xạ,
- Nhưng quy định quốc gia và quốc tế khắt khe đòi hỏi việc vân chuyển phải sử dụng những thùng chứa được thiết kế đặc biệt có lớp vỏ thép dày.
5.6. Điện hạt nhân có khả năng cạnh tranh về kinh tế và sẽ cạnh tranh hơn khi tính đến chúng ta môi trường liên quan đến những tổn hại do phát thải cacbon.
Ở bất kì đâu khi được sử dụng, năng lượng hạt nhân giúp đảm bảo sự tin cậy và an ninh năng lượng, đó lại là cơ sở cho kinh tế ổ định và tăng trưởng.
- Thông qua cải tiến công nghệ và quá trình, hiệu suất làm việc của lò hạt nhân ngày càng cao. Năm 1980, nhà máy hạt nhân ở Hoa Kỳ chỉ sử dụng 54% công suất thiết kế nay đạt hơn 90%.
Một khi được xây dựng, nhà máy điện hạt nhân được vận hành với hiệu quả kinh tế cao. Chi phí nhiên liệu ổn định và chiếm phần nhỏ trong chi phí vận hành. Ngược lai, điện sản xuất bằng khí có chi phí nhiên liệu cao và do đó giá thành trong tương lai khá ổn đinh.
5.7. Công nghệ năng lượng hạt nhân tiên tiến và đa dạng tạo điều kiện phát triển tương lai bền vững cả ở nước công nghiệp và nước đang phát triển. Lò phản ứng hạt nhân còn được dùng để khử mặn nước biển nhằm đáp ứng nhu cầu nước sạch ngày càng tăng trên thế giới. Những thế hệ lò phản ứng hạt nhân mới đang được kỳ vọng để sản xuất hiđrô và năng lượng lớn cung cấp nhiên liệu cho ô tô năng lượng sạch.
5.8.Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong bảo vệ môi trường Kỹ thuật hạt nhân đã được ứng dụng ở Việt Nam trong lĩnh vực quan trắc cũng như xử lý một số loại ô nhiễm. Từ những năm 80 của thế kỷ XX, quan trắc phóng xạ môi trường đã được các chuyên gia môi trường Việt Nam thực hiện từ quan trắc môi trường nước, đất đến không khí và vẫn được tiến hành thường xuyên cho đến nay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- “Net Generation by Energy Source by Type of Producer”. Energy Information Administration (22 tháng 10 năm 2007). Truy cập 21 tháng 6 năm 2008.
- Eleanor Beardsley (2006). “France Presses Ahead with Nuclear Power”. NPR. Truy cập 8 tháng 11 năm 2006.
- “Gross electricity generation, by fuel used in power-stations”. Eurostat (2006). Truy cập 3 tháng 2 năm 2007.
- Nuclear Power Generation, US Industry Report" IBISWorld, August 2008
- “Otto Hahn, The Nobel Prize in Chemistry, 1944”. http://www.nobelprize.org.+Truy cập 1 tháng 11 năm 2007.
- “Otto Hahn, Fritz Strassmann, and Lise Meitner”. http://www.chemheritage.org.+Truy cập 1 tháng 11 năm 2007.
- “Otto Robert Frisch”. http://www.nuclearfiles.org.+Truy cập 1 tháng 11 năm 2007.
- http://hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/bai-nghien-cuu/178-nang-luong-hat-nhan.html.
