intTypePromotion=3

Báo cáo: Nhà máy hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân và các tác động môi trường

Chia sẻ: BÙI THỊ THU HÀ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:99

0
53
lượt xem
13
download

Báo cáo: Nhà máy hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân và các tác động môi trường

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo cáo trình bày nội dung tổng quan về năng lượng hạt nhân, vòng nhiên liệu hạt nhân, nhà máy hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân; các sự cố nhà máy điện hạt nhân trên thế giới; dự án nhà máy điện hạt nhân ở Việt Nam; những khó khăn khi phát triển điện hạt nhân ở các nước và Việt Nam và tác động môi trường trong khai thác và sử dụng năng lượng hạt nhân. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Báo cáo: Nhà máy hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân và các tác động môi trường

  1. BÔ TAI NGUYÊN & MÔI TR ̣ ̀ ƯƠNG ̀ ĐAI HOC TAI NGUYÊN & MÔI TR ̣ ̣ ̀ ƯƠNG TP.HCM ̀ KHOA MÔI TRƯƠNG ̀ BÁO CÁO  Chủ đề: NHÀ MÁY HẠT NHÂN, NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT  NHÂN VÀ CÁC TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG GVHD:  TS. NGUYỄN LỮ PHƯƠNG Lớp:  02­QLMT01 Thành viên:  Nguyễn Kiều Anh 0250020151 Hoàng Thị Thúy An  0250020002 Nguyễn Thị Kim Chinh 0250020107 Trương Hoài Dung 0250020108 Đinh Thị Kim Dung 0250020109 Trần Thị Hiền 0250020159 Tháng 02/2017
  2. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... TPHCM, ngày     tháng 11 năm 2016                                   Giảng viên nhận xét                                                (Kí, ghi rõ họ tên) Trang 2
  3. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG – BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1: Tỷ lệ các loại LPƯ đang vận hành............................................................34 Biểu đồ 2: Phân bố lò LPƯ theo khu vực địa lý..........................................................35 Biểu đồ 3: Phân bố LPƯ theo tuổi vận hành...............................................................35 Biểu đồ 4: Số LPƯ đang xây dựng và có kế hoạch xây dựng....................................36 Biểu đồ 5: Số LPƯ được khởi công xây dựng hàng năm, giai đoạn 2007 – 2016......37 Biểu đồ 6: Số LPƯ mới được hòa vào lưới điện hàng năm, giai đoạn 2007 – 2016. .38 Biểu đồ 7: Tổng công suất ĐHN hàng năm, giai đoạn 1995 – 2014............................38 Biểu đồ 8: Sản lượng ĐHN hàng năm, giai đoạn 1995 – 2014....................................39 Bảng 4.1 Kế hoạch triển khai dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1...............56 Trang 3
  4. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 DANH MỤC HÌNH ẢNH  Hình 1.1: Phản ứng phân hạch........................................................................................9 Hình 1.2: Phản ứng dây chuyền......................................................................................9 Hình 1.3: Phản ứng nhiệt hạch.....................................................................................10 Hình 1.4: Phân rã phóng xạ............................................................................................13 Hình 1.5 : Vòng nhiên liệu hạt nhân .............................................................................14 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân.......................24 Trang 4
  5. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 Hình 2.2. Cấu tạo lò phản ứng hạt nhân .....................................................................25 Hình 2.3. Các giai đoạn phát triển của lò phản ứng hạt nhân......................................26 Hình 2.4. Các dạng thanh nhiên liệu sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân..................28 Hình 2.5. Cấu tạo lò phản ứng graphite – PƂMK – 1000.............................................30 Hình 2.6. Lò phản ứng sử dụng notron kích họat năng lượng lớn...............................31 Hình 2.7. Lò phản ứng áp lực, dùng nước nhẹ làm chất truyền nhiệt........................32 Hình 3.1 Nhà máy điện hạt nhân Chalk River ..............................................................40 Hình 3.2 Nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island ...................................................41 Hình 3.3 Nhà máy điện hạt nhân Chernoby .................................................................42 Hình 3.4 Nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi ....................................................47 Hình  5.1 Sơ đồ chu trình khai thác – sử dụng nhiên liệu hạt nhân..............................63 Hình 5.2: Khu mỏ uranium, nơi phát tán khí radon ......................................................65 I. TỔNG QUAN 1.1. Năng lượng hạt nhân Năng lượng hạt nhân là năng lượng hữu ích từ  hạt nhân nguyên tử  thu được nhờ  các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát. Theo một cách đơn giản, năng lượng hạt nhân   là năng lượng thu được từ  các hạt nhân nguyên tử. Có ba loại phản  ứng hạt nhân:  phản ứng phân hạch, phản ứng tổng hợp (nhiệt hạch) và phân rã phóng xạ.  Trang 5
  6. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 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 Kashiwazaki­Kariwa. 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. 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.Một số tàu quân sự và dân dụng (như tàu phá băng) ở Hoa  Kỳ 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 SNAP­10A 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. 1.1.1. Phản ứng phân hạch  Phản ứng phân hạch – còn gọi là phản ứng phân rã nguyên tử ­ là một quá trình   vật lý hạt nhân và hoá học hạt nhân mà trong đó hạt nhân nguyên tử bị phân chia thành  Trang 6
  7. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn và vài sản phẩm phụ  khác. Các sản phẩm phụ  bao   gồm các hạt neutron, photon tồn tại dưới dạng các tia gamma, tia beta và tia alpha. Sự  phân hạch của các nguyên tố  nặng là một phản  ứng toả  nhiệt và có thể  giải phóng  một lượng năng lượng đáng kể  dưới dạng tia gama và động năng của các hạt được  giải phóng 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. Phân hạch hạt nhân là phương pháp duy nhất hiện đang   được sử dụng bởi các nhà máy hạt nhân để tạo ra điện. Về  phân hạch, uranium là nặng nhất của 92 nguyên tố  tự  nhiên. Vì nó cũng là  một trong số ít những nguyên tố mà có thể dễ dàng phân hạch, nó là nhiên liệu của sự  lựa chọn sử dụng bởi các nhà máy điện hạt nhân hiện nay. Nguyên tố  này được hình  thành khi trái đất được tạo ra và thường được tìm thấy trong đá. Đá có chứa một   lượng đáng kể uranium được gọi là quặng uranium, hoặc uranit. Hai hình thức (đồng  vị) của uranium được tìm thấy trong những khối  đá: uranium­235 và uranium­238.  Những hằng số  này tham chiếu số  neutron và proton trong mỗi nguyên tử. Uranium­ 235 là dạng thường được sử dụng để sản xuất năng lượng vì không giống như  urani­ 238, hạt nhân tách một cách dễ dàng hơn khi bị  bắn phá bởi một neutron. Trong suốt  phản  ứng phân hạch, các nguyên tử  uranium­235 hấp thụ  một neutron bắn phá, dẫn   đến hạt nhân của nó tách ra thành hai nguyên tử  có trọng lượng nhẹ  hơn. (Xem hình  1.1.) Phản  ứng phân hạch đồng thời giải phóng năng lượng như  cả  nhiệt và bức xạ.  Nó cũng phát ra nhiều neutron. Những neutron phát ra tiếp tục bắn phá các nguyên tử  uranium khác, và quá trình này sẽ lặp lại. Quá trình lặp đi lặp lại này được gọi là một   phản ứng dây chuyền. Trang 7
  8. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 Hình 1.1: Phản ứng phân hạch Hình 1.2: Phản ứng dây chuyền Khi một nguyên tử uranium được tách ra (phân hạch), khối lượng của các mảnh  vỡ  nhỏ  hơn khối lượng của nguyên tử  ban đầu. Năng lượng tương  ứng với sự  mất   mát này của khối lượng được định nghĩa là năng lượng phân hạch. Nó được biểu diễn   dưới dạng phương trình bằng phương trình của Einstein [1]: E = mc2 Trang 8
  9. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 Trong hệ SI: E= jun (J) m= kilogram (kg) c=m/s, vận tốc ánh sáng: 3.108 m/s 1.1.2. Phản ứng nhiệt hạch Phản  ứng tổng hợp hạt nhân  hay  phản  ứng nhiệt hạch, trong  vật lý học, 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. Hình 1.3: Phản ứng nhiệt hạch a. Tổng hợp trong tự nhiên Trong tự nhiên, tổng hợp hạt nhân tồn tại trong các môi trường có nhiệt độ cực   cao ở các ngôi sao, ví dụ như mặt trời. Bên trong mặt trời, nhiệt độ lên tới hàng chục  triệu độ cho phép xảy ra sự tổng hợp các hạt nhân nhẹ như hạt nhân hyđrô thành hạt   nhân hêli. Những phản ứng nhiệt hạch này giải phóng rất nhiều năng lượng, điều này   giải thích vì sao nhiệt độ mặt trời rất cao. Một phần nhỏ của năng lượng bức xạ  từ  mặt trời đi đến trái đất  b.  Tổng hợp trên trái đất  Con người tìm cách làm chủ các phản ứng tổng hợp trên trái đất nhằm khai thác   nguồn năng lượng cực lớn đó. Người ta đã làm chủ  được những phản ứng này trong   Trang 9
  10. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 bom H (bom hyđrô), nhưng chưa thể chế ngự chúng để sản xuất điện năng. Phản ứng   được nghiên cứu nhiều nhất cho mục đích dân sự là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân  đồng vị  của hyđro là đơteri và triti kết hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn là hạt  nhân của nguyên tử hêli.  Như đã nêu ở trên, một lượng lớn năng lượng được tạo thành khi các hạt nhân   nhẹ hợp lại với nhau. Ví dụ, các quá trình phản ứng nhiệt hạch sau đây được kèm theo  tỏa ra năng lượng: 2D+3T→ 4He+n+17.6 MeV (6.13)  2D+2D→ 3He+n+4 MeV (6.14)  2D+3He→ 4He+p+18.3 MeV (6.15) Tổng khối lượng của các hạt nhân mà hợp lại (phía bên tay trái của phương   trình) là không chính xác tổng khối lượng của các hạt nhân hợp nhất cộng với khối   lượng của neutron bị  đẩy ra hoặc proton (phía bên tay phải của các phương trình ).   Các "lượng hao hụt" xuất hiện như là năng lượng tỏa ra. Các neutron hoặc proton đẩy   ra va chạm với vật chất xung quanh do đó động năng của nó được chuyển thành động   nhiệt. Phản ứng nhiệt hạch như là năng lượng mặt trời và các ngôi sao tự  phát sáng   khác, cũng như quả bom nhiệt hạch, cũng được gọi là bom hydro. Nó sẽ  được mong muốn để  thực hiện phản  ứng nhiệt hạch trong điều kiện  kiểm soát, do đó năng lượng nhiệt tỏa ra có thể được chuyển thành một chất lỏng làm  việc làm mát, mà sẽ làm quay tua bin. Những lợi thế của các nhà máy điện nhiệt hạch  trên là ba điểm: (a) Các nguyên liệu "thô" hoặc nhiên liệu có sẵn cho các lò phản ứng   nhiệt hạch là gần như  vô hạn, bởi vì đơteri là một đồng vị  tự  nhiên của hydro trong   phạm vi nguyên tử  deuterium 1 trong 6500 nguyên tử  hydro.17Tritium không được tìm  thấy trong tự nhiên, nhưng có thể được sản xuất từ một đồng vị của lithium trong các  phản ứng sau: 6Li+n→ 3T+4He+4.8 MeV (6.16) Trang 10
  11. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 (b) Các phản  ứng nhiệt hạch sẽ sản xuất một số lượng tối thiểu của các chất   phóng xạ. Một số đồng vị  phóng xạ  có thể  được tạo ra do sự  hấp thụ  neutron trong   các vật liệu xung quanh lò phản ứng nhiệt hạch. Ngoài ra, tritium là hơi phóng xạ, phát  ra tia β­năng lượng thấp với một nửa chu kì bán rã khoảng 12 năm. (c) Không có chất   thải nhiên liệu đã qua sử dụng mà từ đó các thành phần có thể được chiết xuất để chế  tạo phân hạch vũ khí hạt nhân  Khó khăn của việc thực hiện phản ứng nhiệt hạch được kiểm soát là trong việc  khắc phục lực đẩy tĩnh điện của các hạt nhân mang điện tích dương. Để  khắc phục  những lực đẩy, va chạm các hạt nhân phải có một động năng tương đương với nhiệt  độ của hàng chục triệu độ. Tại nhiệt độ như vậy, các nguyên tử điện ly hoàn toàn vào  nhân tế bào tích điện dương và các electron tự do, đươc gọi là plasma. Những nỗ lực của các quá trình kiểm soát phản  ứng nhiệt hạch đã được thực  hiện từ  những năm 1950. Vì vậy, đến nay chỉ  đạt được thành công hạn chế;  ở  đây,   thành công có nghĩa là năng lượng được tỏa ra bằng hoặc lớn hơn đã được tiêu thụ  trong thí nghiệm phản ứng nhiệt hạch, được gọi là điểm "hòa vốn”. Dự đoán lạc quan   rằng các nhà máy điện thương mại dựa trên phản ứng nhiệt hạch sẽ hoạt động trong  40 ­50 năm tiếp theo. Uớc tính bi quan cho rằng các nhà máy điện nhiệt hạch loại sẽ  không bao giờ có thực hiện, hoặc chúng sẽ là quá đắt so với các nhà máy điện dựa trên  các lò phản  ứng phân hạch hoặc năng lượng tái tạo, không nói đến năng lượng hóa  thạch. 1.1.3. Phân rã phóng xạ Phóng xạ  là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử  không bền tự  biến đổi và  phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Tia phóng xạ  có thể  là chùm các hạt mang điện dương như  hạt anpha, hạt   proton; mang điện âm như  chùm electron (phóng xạ  beta); không mang điện như  hạt   nơtron, tia gamma (có bản chất giống như ánh sáng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều).   Trang 11
  12. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường được gọi là sự phân rã phóng   xạ hay phân rã hạt nhân. Tự phân hạch là quá trình hạt nhân của các nguyên tử phóng xạ có số khối lớn.  Ví dụ uranium tự vỡ ra thành các mảnh hạt nhân kèm theo sự thoát ra nơtron và một số  hạt cơ bản khác, cũng là một dạng của sự phân rã hạt nhân. Trong tự phân hạch và phân rã hạt nhân đều có sự  hụt khối lượng, tức là tổng  khối lượng của các hạt tạo thành nhỏ  hơn khối lượng hạt nhân ban đầu. Khối lượng  bị  hao hụt này chuyển hóa thành năng lượng khổng lồ  được tính theo công thức nổi   tiếng của Albert Einstein Hình 1.4: Phân rã phóng xạ 1.2 Vòng nhiên liệu hạt nhân Uranium là một nguyên tố tự nhiên có trong vỏ Trái đất, được sử  dụng làm nhiên  liệu cho ngành điện hạt nhân (và một số ngành khác). Quá trình tách chiết Urani và sử  dụng nó để sản xuất điện được gọi là chu trình nhiên liệu hạt nhân. Có hai dạng chu trình nhiên liệu hạt nhân đang sử dụng trên thế giới: Trang 12
  13. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 chu trình mở (dùng một lần) chu trình kín (tái chế). Tại Hoa Kỳ  hiện đang sử  dụng chu trình mở, nghĩa là nhiên liệu được dùng chỉ  một lần trong lò và sau đó cất trữ. Tại các nước khác như Nga hay châu Âu, chu trình   nhiên liệu kín hơn, và nhiên liệu đã qua sử dụng được tái chế một phần (nhỏ). Chu trình nhiên liệu hạt nhân bắt đầu từ khai thác mỏ  quặng uranium (orthorium),  thông qua khai thác các quặng uranium đã làm giàu hữu ích, sự khí hóa UF 6, làm giàu 235  U, chuyển đổi uranium kim loại hoặc oxit của uranium, chế tạo thanh nhiên liệu, tải  của một lò phản ứng, thu hồi nhiên liệu đã qua sử  dụng, tái chế  nhiên liệu đã qua sử  dụng, và cuối cùng xử lý chất thải nhiên liệu. Sơ đồ khối của chu trình nhiên liệu hạt   nhân được trình bày trong hình 6.6 Trang 13
  14. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 Hình 1.5 : Vòng nhiên liệu hạt nhân 1.2.1. Khai thác và Chế biến Quặng Uranium có chứa nồng độ biến của uranium được tìm thấy ở nhiều nơi  trên thế  giới. Những quặng giàu có thể  chứa lên đến 2% uranium, quặng trung cấp  0,5­1%, và ở mức độ thấp hơn 0,5%. Tại Hoa Kỳ, quặng được tìm thấy tại Wyoming,   Texas,   Colorado,   New   Mexico,   và   Utah.   Các   mỏ   lớn   được   tìm   thấy   ở   Australia,   Kazakhstan, Canada, Nam Phi, Namibia, Brazil và Nga. Cách kinh tế  nhất của việc khai thác quặng từ  các mỏ  lộ  thiên. Bởi vì mỏ  uranium luôn được gắn liền với các sản phẩm phân rã (hạt nhân con) của uranium,   Trang 14
  15. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 như radi và radon, các quặng này có thể phóng xạ và việc bảo vệ người lao động phải   được bắt đầu ở giai đoạn khai thác. Các mỏ hàm lò được thông gió tốt, vì vậy hầu hết   bức xạ, đặc biệt là liên quan đến radon, một loại khí, thoát vào khí quyển. Tuy nhiên,  mặt nạ  phải được đeo để  tránh hít phải bụi khai thác mỏ  có thể  chứa các nguyên tố  phóng xạ. Quặng được ép vụn và nghiền nát. Quặng nghiền nát được lọc qua với acid  sulfuric. Uranium, cùng với một số kim loại khác, hòa tan.Uranium oxit với thành phần  gần đúng U3O8, gọi là bánh vàng, được kết tủa, sấy khô và đóng gói trong các thùng   200 lít cho lô hàng. Bức xạ  từ  những thùng này là không đáng kể.Tuy nhiên, các chất   rắn   còn   lại   sau   khi   ngâm   chiết   với   axit   có   thể   chứa   đồng   vị   phóng   xạ   của   radi,  bismuth, và chì.Những chất rắn này được bơm như bùn vào đống chất thải, còn được   gọi là bể chất thải .Chất thải phải được che phủ  bằng đất sét hoặc chất liệu không  thấm khác để bảo vệ con người và động vật từ sự phơi nhiễm phóng xạ. 1.2.2. Khí hóa và làm giàu Tinh quặng U3O8 được vận chuyển từ mỏ đến cơ sở làm giàu.Tinh quặng có sự  phân bố  đồng vị  bình thường, khoảng 99,3%  238U và 0,7%  235  U. Với ngoại lệ  của   CANDU­loại lò phản  ứng nước nặng­làm chậm, tất cả  các lò phản  ứng khác cần  urani đã làm giàu với 235 U. Để  làm giàu, một hợp chất khí uranium là cần thiết. Tinh   quặng được xử lý bằng khí hydro fluoride và oxit uranium được chuyển thành uranium   Hexa fluoride UF6. Đây là một chất rắn màu trắng mà thăng hoa đến dạng hơi  ở  áp  suất 1 atm tại 56◦C. Các khí UF6 được làm giàu bằng một trong những quá trình sau. Màng với lỗ rỗng nhỏ cho phép sự khuếch tán khí xảy ra.Tốc độ khuếch tán là   một chức năng của áp suất và nhiệt độ và cũng là một chức năng của đường kính phân  tử  của khí khuếch tán. 235UF6 có đường kính nhỏ  hơn một chút so với  238UF6. Vì vậy,  các đồng vị  nhẹ  hơn khuếch tán hơi nhanh hơn thông qua các lỗ  rỗng hơn đồng vị  nặng hơn. Trong một quá trình, các yếu tố làm giàu là rất nhỏ, nhưng bằng cách buộc   các khí để vượt qua nhiều màng ("giai đoạn"), hầu như bất kỳ mức độ làm giàu có thể  Trang 15
  16. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 đạt được. Đối với các lò phản  ứng hạt nhân nước nhẹ­ làm chậm, làm giàu mong   muốn là 3­4%. Nếu các yếu tố làm giàu là một phần nhỏ của một phần trăm mỗi giai   đoạn, hàng trăm đến hàng ngàn các giai đoạn được yêu cầu cho cấp độ làm giàu mong  muốn. Điều này đòi hỏi các thiết bị lớn và đắt tiền với mức tiêu thụ điện năng rất lớn  cho các máy bơm chân không và máy thổi rằng buộc các khí qua màng. Do đó, các thiết   bị khuếch tán khí thường được đặt gần nguồn điện dồi dào và giá rẻ. Tại Hoa Kỳ, các   nhà máy khuếch tán khí được đặt tại Oak Ridge, Tennessee, và Hanford, Washington,   nơi đập thủy điện lớn đang nằm gần đó. Trong quá trình khuếch tán khí khoảng 85% uranium cung cấp bị  từ  chối như  uranium nghèo. Hiện nay, những "phế liệu" được dự  trữ  để  sử  dụng trong tương lai   cuối cùng trong các lò phản ứng tái sinh nhanh. Các cở  sở  khuếch tán khí được thành lập trong thời gian chiến tranh thế  giới   thứ  hai để  sản xuất vũ khí­mức uranium làm giàu cao. Các uranium được làm giàu  tương đối thấp sử dụng cho các lò phản ứng nhà máy điện là một sản phẩm phụ của   các nỗ lực chiến tranh. Những người chỉ trích các nhà máy điện hạt nhân thường tính  rằng uranium giàu không có sẵn từ  các nhà máy khuếch tán được xây dựng và điều   hành bởi chính phủ, điện hạt nhân sẽ thêm rất nhiều tốn kém, hoặc không có sẵn ở tất   cả. Gần đây, tại Hoa Kỳ và châu Âu, các nhà máy làm giàu đã được xây dựng làm  việc trên nguyên tắc của một máy ly tâm khí. Khi khí uranium được quay rất nhanh   trong một máy ly tâm, 238UF6 nặng hơn phân tán về phía các cạnh của máy ly tâm trong  khi 235UF6  nhẹ tập trung về hướng trung tâm. Ở đây, sự làm giàu phụ thuộc vào tốc độ  của vòng quay và thời gian sử  dụng trong các máy ly tâm. máy ly tâm khí ít tiêu thụ  năng lượng so với các nhà máy khuếch tán và đòi hỏi vốn đầu tư thấp hơn. Sự phát triển đang tiếp diễn ở các nước khác nhau trong việc làm giàu uranium  bằng laser. Trong quá trình này, urani kim loại được bay hơi trong lò đốt. Dòng của các   nguyên tử uranium bay hơi thoát ra khỏi cổng lò. Một chùm tia laser với một dải bước   Trang 16
  17. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 sóng rất hẹp được chiếu cho đến dòng nguyên tử  để  theo kiểu khác kích thích đến  một trạng thái điện tử cao hơn chỉ 235U, nhưng không phải là đồng vị nặng hơn. sau đó  các nguyên tử kích thích được ion hóa với ánh sáng cực tím. Các ion hóa 235U được thu  thập trên một tấm tích điện âm. Sau khi làm giàu, khí hoặc kim loại uranium UF6 được chuyển thành UO2 urani  dioxit. Đây là một loại vật liệu gốm như thế được chế tạo thành dạng viên. Các viên  được nạp vào các thanh nhiên liệu. Một nhà máy điện 1000 MW cần khoảng 75 tấn   bột viên uranium dioxide mỗi tải. 1.2.3. Tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng và lưu trữ chất thải tạm thời Trong lò nước sôi và lò phản ứng nước áp lực nhiên liệu nằm trong các lò phản   ứng trong 2­3 năm, tạo ra điện. Sau thời hạn đó, mức độ của sản phẩm phân hạch và  vật liệu hấp thụ neutron khác đã xây dựng, và các phản ứng phân hạch đã bị chậm lại,   với một sự  suy giảm đồng thời trong sản xuất hơi nước và điện. Tại thời điểm đó,   các thanh nhiên liệu phải được thay thế  bằng những thanh nhiên liệu mới. Trong lò   phản  ứng loại CANDU, thanh nhiên liệu phải được thay thế  mỗi 18 tháng. Việc lấy   thanh nhiên liệu phát ra một bức xạ hoạt độ cao do các sản phẩm phân hạch phóng xạ  và đồng vị neutron kích hoạt khác đã tích lũy trong các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng.   Nói chung, các thanh nhiên liệu rút ra được lưu trữ  trong bình chứa của các nhà máy  điện, thép và các hồ nước bê tông làm tường ngăn hoặc thùng gỗ khô. Một khi mức độ  phóng xạ  của nhiên liệu đã qua sử  dụng đủ  giới hạn phải   được xử lý bằng cách điều khiển từ xa và che chắn thích hợp, cần được mang đến nơi  thải bỏ  lâu dài. Không may,  ở  Hoa Kỳ  điều này không xảy ra vì một nơi thải bỏ  lâu   dài chưa được tán thành. Ngoại trừ  việc tái chế  trước đó của nhiên liệu đã qua sử  dụng (bây giờ bị cấm  ở Hoa Kỳ), mỗi thanh nhiên liệu đã qua sử dụng vẫn còn được  lưu giữ trong hồ nước hoặc thùng khô tại các nhà máy điện, nơi họ đã rút ra từ các lò   phản  ứng. Tại một số  nhà máy điện không gian lưu trữ  không còn nhiều, và các lò   phản ứng của họ có thể sẽ phải đóng cửa. Trang 17
  18. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 Ở các nước khác, sau khi giảm độ phóng xạ, nhiên liệu đã qua sử dụng được tái  chế. Khoảng 96% số uranium gốc trong nhiên liệu vẫn còn hiện diện, mặc dù nó chứa   ít hơn 1% 235U. 1% khác của uranium đã được chuyển đổi thành 239Pu. Các thanh đã qua  sử dụng được băm nhỏ và được lọc trong axit. Uranium và plutonium hòa tan và được  tách hóa học từ phần còn lại của phân tử hòa tan. Uranium tái sinh được gửi trở lại các  cơ sở làm giàu. Plutonium tái sinh được trộn với urani tự nhiên và làm thành nhiên liệu  sạch được gọi là hỗn hợp oxit (MOX). Pháp tái xử  lý khoảng 2.000 tấn mỗi năm của   nhiên liệu đã qua sử dụng, Vương quốc Anh 2700 tấn, Nga 400 tấn, Ấn Độ 200 tấn, và  Nhật Bản 90 tấn, nhưng Nhật Bản sẽ gửi nhiên liệu qua sử dụng ra nước ngoài để tái  chế. Những con số này không bao gồm plutoni tái chế từ các lò phản ứng cơ sở quốc  phòng để chế tạo vũ khí. Các chất thải lỏng phát sinh tại nhà máy tái chế được lưu trữ tạm thời trong các   thùng thép không gỉ làm mát được bao quanh bằng bê tông cốt thép. Sau một thời gian   làm mát, các chất thải lỏng được nung (bốc hơi thành bột khô) và tráng men (bọc trong  thủy tinh nóng chảy). Các thủy tinh nóng chảy được đổ  vào các hộp kim loại thép  không gỉ. Tại Vương quốc Anh, Pháp, Bỉ, Thụy Điển và các thùng được lưu trữ  trong   các hầm chứa sâu, trong khi chờ thải bỏ vĩnh viễn. 1.2.4. Loại bỏ chất thải lâu dài Có lẽ vấn đề lớn nhất phải đối mặt với các nhà máy điện hạt nhân là việc thải  bỏ lâu dài của nhiên liệu đã qua sử dụng, hoặc các chất thải còn lại sau khi chiết xuất   nhiên liệu vẫn còn hữu ích từ  nhiên liệu đã qua sử  dụng.Mức độ  phóng xạ  của các  thanh nhiên liệu đã qua sử dụng giảm khoảng mười lần mỗi một trăm năm.  Cách thiết thực chỉ nhằm đào thải các chất thải sẽ là thành hệ địa chất ổn định  được biết đến không bị  động đất định kỳ  và nơi mực nước ngầm hoặc là không có   hoặc rất sâu dưới sự hính thành. Tại Hoa Kỳ  hình thành tại núi Yucca, Nevada, đã được lựa chọn để  thải bỏ  vĩnh viễn. kế  hoạch hiện nay kêu gọi các cơ  sở kho được khai quật từ  túp núi lửa ở  Trang 18
  19. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 độ sâu khoảng 300 mét dưới  đỉnh Yucca, 300 mét so với mực nước ở địa phương. Khi   chứa đầy, các kho dự  kiến lưu trữ  70.000 tấn nhiên liệu đã qua sử  dụng và 8000 tấn  chất thải quân sự  cấp cao. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để  mô hình sự  phá  hủy của các chất thải thải bỏ. Hầu hết các nghiên cứu đã kết luận rằng các chất thải   sẽ không bị phá hủy trong thời gian từ 10 ngàn đến hàng triệu năm. Tuy nhiên, một vài   sự không chắc chắn vẫn còn trong những đánh giá mà cần phải được làm rõ trước sự  chấp nhận của chính quyền ở núi Yucca như nơi thải bỏ nhiên liệu đã qua sử dụng lâu   dài ở hoa kỳ. Kế hoạch hiện tại là năm 2010 sẽ mở nơi này.16  Thiếu hệ thống xử lý chất thải vĩnh viễn và kinh tế không thuận lợi đã cản trở,   cá nhân và công đồng tài trợ cho các nhà sản xuất điện từ việc xây dựng các nhà máy   điện hạt nhân mới ở Hoa Kỳ. Không có quốc gia khác vẫn chưa giải quyết được vấn  đề xử lý lâu dài của chất thải phóng xạ từ nhà máy điện hạt nhân. 1.3. Nhà máy điện hạt nhân. Nhà máy điện hạt nhân là một hệ thống thiết bị điều kiển kiểm soát phản ứng hạt  nhân dây truyền ở trạng thái dừng nhằm sản sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt năng,   sau đó năng lượng nhiệt này được các chất tải nhiệt trong lò (nước, nước nặng, khí,   kim loại lỏng...) truyền tới thiết bị sinh điện năng như turbin để sản xuất điện năng. 1.3.1. Lịch sử Năm 1948,  I. V. Kurchatov ­ người đi đầu trong lĩnh vực hạt nhân của Liên Xô  đã dẫn đầu nhóm nghiên cứu của mình bắt đầu những nghiên cứu đầu tiên về việc áp   dụng thực tế năng lượng hạt nhân để thu được nguồn năng lượng điện . Năm 1950­ 1954,  ở  gần ngôi làng Obninsk thuộc tỉnh Kaluga (Liên Xô cũ) nhà   máy điện nguyên tử đầu tiên được bắt đầu xây dựng với công suất 5 MW. Tới năm 1958 thì lần lượt các nhà máy khác đi vào hoạt động, đầu tiên là tổ máy  số 1 nhà máy điện nguyên tử Sibirskaya với công suất 100 MW, và về sau toàn bộ dự  án được hoàn thành thì công suất lên tới 600 MW. Cũng trong năm đó nhà máy điện   Trang 19
  20. Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM Lớp 02_QLMT01 nguyên tử  Beloyarskaya cũng được triển khai xây dựng, nhưng mãi tới năm 1964 thì  tổ máy phát điện đầu tiên mới đi vào hoạt động.  Năm 1964 thì khối 1 của nhà máy điện nguyên tử  Novovoronezhskaya với  công xuất 210 MW mới được khởi công.Khối 2 với công suất 365 MW được khởi   công năm 1969. Năm 1973 người ta khởi công nhà máy điện nguyên tử Leningradskaya. Sau Liên Xô thì các nhà máy điện hạt nhân khác cũng được xây dựng, với nhà   máy điện hạt nhân Calder Hall ban đầu cũng chỉ  có công suất 46 MW được đưa vào  vận hành ngày 27 tháng 8 năm 1956 tại Anh. Sau đó 1 năm, tại Mỹ nhà máy điện hạt  nhân   Beaver   Valley   với   công   suất   60   MW   cũng   được   bắt   đầu   xây   dựng   tại  Shippingport, Pennsylvania. Năm 1979 xảy ra một sự cố rất nghiêm trọng tại Mỹ tại nhà máy điện hạt nhân   Three Mile Island. Sau sự kiện đó Hoa Kỳ đã ngừng xây dựng các lò phản ứng, trong  dự kiến tới năm 2017 sẽ xây dựng xong 2 lò phản ứng mới trong khu nhà máy cũ. Vào năm 1986 xảy ra một thảm họa hạt nhân là sự  cố  nổ  nhà máy điện hạt  nhân Chernobyl.Ngoài những hậu quả trực tiếp như gây ô nhiễm phóng xạ  các vùng  lân cận, nó còn  ảnh hưởng tới sự  phát triển năng lượng hạt nhân. Điều này khiến   toàn bộ các chuyên gia trên thế giới phải xem xét lại các vấn đề  an toàn hạt nhân và   suy nghĩ về  sự  hợp tác quốc tế  với mục đích nâng cao an toàn trong khai thác, sử  dụng năng lượng hạt nhân. Ngày 15 tháng 5 năm 1989 tại cuộc họp sáng lập tổ  chức tại Moskva, người ta   đã thành lập Hiệp hội Thế giới các nhà vận hành nhà máy điện hạt nhân (WANO),   một hiệp hội chuyên nghiệp quốc tế liên kết các tổ chức vận hành các nhà máy điện   hạt nhân trên toàn thế  giới. Hiệp hội đã đề  ra nhiệm vụ  soạn thảo và đưa ra kế  hoạch phát triển, vận hành an toàn cho ngành điện hạt nhân trên toàn thế giới. Trang 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản