Smart Science Wikia
Advertisement

Nhà máy hạt nhân.jpg

Năng lượng hạt nhân hay năng lượng nguyên tử 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. Năm 2007, 14% lượng điện trên thế giới được sản xuất từ năng lượng hạt nhân. Có hơn 150 tàu chạy bằng năng lượng hạt nhân và một vài tên lửa đồng vị phóng xạ đã được sản xuất.

Chế tạo[]

Phản ứng phân hạch (Nuclear Fission)

Xem thêm : Phản ứng tổng hợp hạt nhân (Nuclear Fusion)

Phản ứng phân hạch hạt nhân được Enrico Fermi thực hiện hành công vào năm 1934 khi nhóm của ông dùng nơtron bắn phá hạt nhân Uranium. Năm 1938, các nhà hóa học khác đã thực hiện các thí nghiệm tạo ra các sản phẩm của Uranium 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. Đây là một kết quả đáng ngạc nhiên.

Phản ứng dây chuyền (Chain reaction)​.

Phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa nhiệt. Tổng khối lượng sản phẩm không bằng tổng khối lượng tác chất ban đầu. Khối lượng bị mất đã chuyển sang dạng nhiệt và bức xạ điện từ, đồng thời nó giải phóng một năng lượng lớn rất hữu ích.

Trong phản ứng phân hạch, hạt nhân nguyên tử bị các nơtron bắn phá thành những mảnh nhỏ khác với hạt nhân và nơtron ban đầu. Các nơtron mới tạo thành lại tham gia vào phản ứng kế tiếp. Từ đó hình thành phản ứng dây. Khi phản ứng đạt đến khối lượng tới hạn, nó trở thành phản ứng tự hoạt động. Nếu có quá nhiều nơtron được sinh ra, phản ứng sẽ mất kiểm soát dẫn đến cháy nổ lớn. Để tránh điều này, người ta 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. Uranium-235 và plutoni-239 là nguyên liệu chủ yếu của phản ứng hạt nhân, có thể phát ra năng lượng đến 200-210 MeV.

Được sử dụng[]

Đến năm 2005, năng lượng hạt nhân cung cấp 2,1% nhu cầu năng lượng của thế giới và chiếm khoảng 15% sản lượng điện thế giới, trong khi đó chỉ tính riêng Hoa Kỳ, Pháp, và Nhật Bản sản lượng điện từ hạt nhân chiếm 56,5% tổng nhu cầu điện của ba nước này . Đến năm 2007, theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) có 439 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động trên thế giới, thuộc 31 quốc gia.

Năm 2007, sản lượng điện hạt nhân trên thế giới giảm xuống còn 14%. Theo IAEA, nguyên nhân chính của sự sụt giảm này là do một trận động đất xảy ra vào ngày 16 tháng 7 năm 2007 ở phía tây Nhật Bản, làm cho nước này ngưng tất cả 7 lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa. Một vài nguyên nhân khác như "ngưng hoạt động bất thường" do thiếu nhiên liệu đã xảy ra ở Hàn Quốc và Đức. Thêm vào đó là sự gia tăng hệ số tải của các lò phản ứng để đáp ứng nhu cầu sử dụng chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn (cao điểm).

Hoa Kỳ sản xuất nhiều năng lượng hạt nhân nhất cung cấp 19% lượng điện tiêu thụ, trong khi đó tỷ lệ điện hạt nhân của Pháp là cao nhất trong sản lượng điện của nước này đạt 78% vào năm 2006. Trong toàn Liên minh châu Âu, năng lượng hạt nhân cung cấp 30% nhu cầu điện. Chính sách năng lượng hạt nhân có sự khác biệt giữa các quốc gia thuộc Liên minh châu Âu, và một vài quốc gia khác như Úc, Estonia, và Ireland, không có các trạm năng lượng hạt nhân hoạt động. Khi so sánh với các quốc gia khác thì Pháp có nhiều nhà máy điện hạt nhân, tổng cộng là 16 tổ hợp đang sử dụng.

Ở Hoa Kỳ, doanh thu của ngành điện hạt nhân là 33 tỷ đô la Mỹ, tăng trưởng trung bình giai đoạn 2007-2012 là 2,7%/năm.

Bên cạnh đó, một số tàu quân sự và dân dụng (như tàu phá băng) sử dụng động cơ đẩy hạt nhân biển, một dạng của động cơ đẩy hạt nhân. Một vài động cơ đẩy không gian được phóng lên sử dụng các lò phản ứng hạt nhân có đầy đủ chức năng: loạt tên lửa của Liên Xô RORSAT và SNAP-10A của Hoa Kỳ.

Trên phạm vi toàn cầu, việc hợp tác nghiên cứu quốc tế đang tiếp tục triển khai để nâng cao độ an toàn của việc sản xuất và sử dụng năng lượng hạt nhân như các nhà máy an toàn bị động, sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân, và sử dụng nhiệt của quá trình như trong sản xuất hydro để lọc nước biển, và trong hệ thống sưởi khu vực.

Ưu nhược điểm[]

Ưu điểm :[]

  • Thải ra rất ít hoặc không có khí nhà kính. 
  • Không sử dụng nguồn nguyên liệu quý giá như hidrocacbon. Lượng Uranium-235 được dùng chiếm một tỷ lệ rất nhỏ 3%/viên nhiên liệu.
  • Không gây ô nhiễm môi trường bởi hạt bụi mịn
  • Cung cấp năng lượng hiệu quả (cùng một thể tích nhiên liệu, phản ứng hạt nhân sinh năng lượng lớn gấp nhiều lần so với dầu mỏ và khí đốt)
  • Chi phí chấp nhận được khi áp dụng quy trình sản xuất đã được tiêu chuẩn hóa. Ít chất thải
  • Thế hệ lò phản ứng mới giúp tái tạo nguồn nguyên liệu đó là lò phản ứng tái sinh - sử dụng Urani-238 (chiếm 99,3% Uurani tự nhiên)

Nhược điểm:[]

  • Tạo ra chất thải phóng xạ gây hại đến môi trường và con người.
  • Chất thải tạo ra cần được lưu trữ rất lâu và khó khăn
Advertisement