Lịch sử năng lượng hạt nhân phần 1

Chia sẻ: Danh Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

398
lượt xem 119
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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[1] đều dùng nước được nung nóng để tạo ra hơi nước và sau đó...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lịch sử năng lượng hạt nhân phần 1

DOE/NE-0088 Kiên Giang, 2009 hiepkhachquay d ch
1 L ch s năng lư ng h t nhân M c dù chúng nh bé, nhưng các nguyên t có m t lư ng l n năng lư ng gi chúng l i v i nhau. Các ng v nh t nh c a m t s nguyên t có kh năng phân tách và s gi i phóng năng lư ng c a chúng dư i d ng nhi t. S phân tách này ư c g i là s phân h ch. Nhi t gi i phóng trong s phân h ch có th dùng giúp phát i n trong các nhà máy i n. Uranium 235 (U-235) là m t trong các ng v d dàng phân h ch. Trong khi phân h ch, các nguyên t U-235 h p th các neutron ch m. S h p th này làm cho U-235 tr nên không b n và phân tách thành hai nguyên t nh g i là các s n ph m phân h ch. T ng kh i lư ng c a các s n ph m phân h ch nh hơn kh i lư ng c a U-235 ban u. S suy gi m kh i lư ng x y ra vì m t ph n v t ch t ã chuy n hóa thành năng lư ng. Năng lư ng ư c gi i phóng dư i d ng nhi t. Hai ho c ba neutron ư c gi i phóng kèm theo v i nhi t. Các neutron này có th va ch m v i nh ng nguyên t khác, gây ra nhi u s phân h ch hơn. M t chu i phân h ch liên ti p ư c g i là ph n ng dây chuy n. N u lư ng uranium ư c mang l i v i nhau dư i nh ng i u ki n nh t nh, thì s x y ra m t ph n ng dây chuy n liên t c. Hi n tư ng này g i là ph n ng dây chuy n t duy trì. M t ph n ng dây chuy n t duy trì sinh ra lư ng nhi t r t l n, có th dùng giúp phát i n. Nhà máy i n h t nhân phát i n theo ki u gi ng như các nhà máy i n hơi nư c khác. Nư c ư c un nóng, và hơi nư c b c lên t nư c sôi làm quay tuabin và phát i n. S khác bi t ch y u các lo i nhà máy i n hơi nư c là ngu n sinh nhi t. Trong nhà máy i n h t nhân, nhi t phát ra t ph n ng dây chuy n t duy trì làm sôi nư c. Trong các nhà máy khác, ngư i ta t than á, d u l a, ho c khí thiên nhiên un sôi nư c.
2 L i nói đ u Khái ni m nguyên t ã t n t i trong nhi u th k . Nhưng ch g n ây, chúng ta m i b t u hi u ư c s c m nh kh ng khi p ch a trong kh i lư ng nh xíu y. Trong nh ng năm ngay trư c và trong Th chi n th hai, nghiên c u h t nhân ch y u t p trung vào phát tri n các lo i vũ khí phòng th . Sau ó, các nhà khoa h c t p trung vào các công d ng hòa bình c a công ngh h t nhân. M t công d ng quan tr ng c a năng lư ng h t nhân là phát i n. Sau nhi u năm nghiên c u, các nhà khoa h c ã ng d ng thành công công ngh h t nhân cho nhi u m c ích khoa h c, y khoa, và công nghi p khác. T p sách m ng này trình bày sơ lư c l ch s nh ng khám phá c a chúng ta v nguyên t . Chúng ta b t u v i ý tư ng c a các nhà tri t h c Hi L p c i. Sau ó, chúng ta dõi theo hành trình n v i nh ng nhà khoa h c u tiên khám phá ra hi n tư ng phóng x . Cu i cùng, chúng ta n v i công d ng hi n i c a nguyên t là m t ngu n năng lư ng vô giá. T p sách m ng này cũng trình bày m t biên niên s chi ti t c a l ch s i n h t nhân và m t b ng thu t ng . Chúng tôi hi v ng b ng thu t ng s gi i thích ư c m t s khái ni m có th m i m iv im ts c gi và vi c nghiên c u ph n biên niên s s khuy n khích quý c gi tìm hi u thêm các tài nguyên ư c li t kê trong danh sách tham kh o. Như th , b n s có th t khám phá nh ng n l c c a nư c Mĩ nh m phát tri n và làm ch th công ngh y s c m nh này.
3 Gi i thi u B n tính con ngư i v n thích ki m nghi m, quan sát và mơ ư c. L ch s năng lư ng h t nhân là câu chuy n gi c mơ nhi u th k ã tr thành hi n th c. Các nhà tri t h c Hi L p c i là nh ng ngư i u tiên phát tri n quan ni m r ng toàn th v t ch t c u thành t nh ng h t không nhìn th y g i là nguyên t . T nguyên t phát sinh t ti ng Hi L p, atomos, nghĩa là không th chia c t. Các nhà khoa h c vào th k 18 và 19 ã làm h i sinh khái ni m này d a trên nh ng thí nghi m c a h . Vào năm 1900, các nhà khoa h c bi t r ng nguyên t ch a nh ng lư ng l n năng lư ng. Nhà v t lí ngư i Anh Ernest Rutherford ư c g i là cha c a ngành khoa h c h t nhân vì s óng góp c a ông cho lí thuy t c u trúc nguyên t . Vào năm 1904, ông ã vi t: N u ngư i ta có th i u khi n t c phân rã c a các nguyên t phóng x , thì ngư i ta có th thu ư c m t lư ng l n năng lư ng t m t lư ng nh v t ch t. Albert Einstein ã phát tri n lí thuy t c a ông v m i quan h gi a năng lư ng và kh i lư ng vào năm sau ó. Bi u th c toán h c y là E = mc2, hay “năng lư ng b ng kh i lư ng nhân v i bình phương t c ánh sáng”. M t g n 35 năm ngư i ta ch ng minh cho lí thuy t c a Einstein.
4 Khám phá ra s phân h ch Năm 1934, nhà v t lí Enrico Fermi ã ch o các thí nghi m Rome ch ng t r ng neutron có kh năng phân tách nhi u lo i nguyên t . Các k t qu khi n c Fermi cũng l y làm ng c nhiên. Khi ông dùng neutron b n phá uranium, ông không ư c nh ng nguyên t mà ông trông i. Các nguyên t này nh hơn nhi u so v i uranium. Enrico Fermi, nhà v t lí ngư i Italy, ã lãnh o m t i khoa h c t o ra ư c ph n ng h t nhân dây chuy n t duy trì u tiên. Mùa thu năm 1938, các nhà v t lí ngư i c Otto Hahn và Fritz Strassman ã b n các neutron phát ra t m t ngu n ch a các nguyên t radium và beryllium vào uranium (s nguyên t 92). H th t b t ng tìm th y các nguyên t nh hơn, ví d như barium (s nguyên t 56), trong ch t li u còn l i. Nh ng nguyên t này có kh i lư ng nguyên t kho ng b ng phân n a c a uranium. Trong nh ng thí nghi m trư c ó, ch t li u còn l i ch hơi nh hơn uranium m t tí. Hahn và Strassman ã liên h v i Lise Meitner Copehagen trư c khi ưa ra công b khám phá c a h . Bà là m t ng nghi p ngư i Áo bu c ph i ch y tr n kh i ch phát xít c. Bà làm vi c v i Niels Bohr và ngư i cháu trai, Otto R. Fitsch. Meitner và Fitsch nghĩ barium và các nguyên t nh kia trong ch t li u còn l i thu ư c t uranium phân rã – hay phân h ch. Tuy nhiên, khi bà c ng s nguyên t c a các s n ph m phân h ch, thì chúng không b ng kh i lư ng t ng c a uranium. Meitner ã s d ng lí thuy t c a Einstein ch ng t r ng ph n kh i lư ng b m t ã bi n i thành năng lư ng. Phát ki n này ã ch ng t s phân h ch t n t i và xác nh n lí thuy t c a Einstein.
5 Ph n ng dây chuy n t duy trì đ u tiên Năm 1939, Bohr n Mĩ. Ông chia s v i Einstein các khám phá Hahn-Strassman- Meitner. Bohr cũng g p Fermi t i m t h i ngh v v t lí lí thuy t th ô Washington. H ã th o lu n v kh năng h p d n c a m t ph n ng dây chuy n t duy trì. Trong m t quá trình như v y, các nguyên t có th phân tách gi i phóng nh ng lư ng l n năng lư ng. Các nhà khoa h c trên kh p th gi i b t u tin r ng m t ph n ng dây chuy n t duy trì là có th . Nó s x y ra n u như lư ng uranium ư c mang vào dư i nh ng i u ki n thích h p. Lư ng uranium c n thi t t o ra m t ph n ng dây chuy n t duy trì ư c g i là kh i lư ng t i h n. Fermi và ngư i ph tá c a ông, Leo Szilard, ã xu t m t m u có th cho m t lò ph n ng uranium dây chuy n vào năm 1941. Mô hình c a h g m uranium t trong m t n graphite t o thành m t khung ch t li u có th phân h ch ki u hình l p phương. Leo Szilard u năm 1942, m t nhóm nhà khoa h c do Fermi ng u ã t p trung t i trư ng i h c Chicago phát tri n các lí thuy t c a h . Tháng 11 năm 1942, m i th ã s n sàng cho vi c b t u xây d ng lò ph n ng h t nhân u tiên trên th gi i, cái tr nên n i ti ng là C t Chicago 1. Cái c t ư c d ng ng trên m nh sân hình qu bí bên dư i sân v n ng c a trư ng i h c Chicago. Ngoài uranium và graphite, nó còn ch a các thanh i u khi n b ng cadmium. Cadmium là m t nguyên t kim lo i h p th neutron. Khi có m t các thanh cadmium trong c t, thì s có ít neutron làm phân h ch các nguyên t uranium hơn. Vi c này làm ph n ng dây chuy n ch m l i. Khi các thanh b l y ra, thì s có nhi u neutron s n sàng làm phân tách các nguyên t hơn. Ph n ng dây chuy n s tăng t c. Vào bu i sáng ngày 2 tháng 12 năm 1942, các nhà khoa h c ã s n sàng b t u m t trình di n c a C t Chicago 1. Fermi ra l nh rút các thanh i u khi n ra m i l n m t vài inch trong vài gi sau ó. Cu i cùng, lúc 3:25 chi u, gi Chicago, ph n ng h t nhân tr thành t duy trì. Fermi và nhóm c a ông ã chuy n hóa thành công lí thuy t khoa h c thành th c t i công ngh . Th gi i ã bư c vào k nguyên h t nhân.
6 S phát tri n năng lư ng h t nhân cho các m c đích hòa bình Lò ph n ng h t nhân u tiên ch m i là cái kh i u. a ph n nghiên c u nguyên t lúc u t p trung vào vi c phát tri n m t lo i vũ khí hi u qu dùng trong Th chi n th hai. Công vi c ư c th c hi n dư i cái tên m t danh là D án Manhattan. Lise Meitner và Otto R. Frisch Tuy nhiên, m t s nhà khoa h c l i nghiên c u vi c xây d ng các lò tái sinh, lò ph n ng t o ra ch t li u có kh năng phân h ch trong ph n ng dây chuy n. Do ó, chúng s t o ra nhi u ch t li u phân h ch là chúng s d ng vào. Enrico Fermi ng u m t nhóm nhà khoa h c ang kh i ng ph n ng h t nhân dây chuy n t duy trì u tiên. S ki n l ch s y, x y ra hôm 02/12/1942, ư c tái hi n trong b c tranh này. Sau chi n tranh, chính quy n Mĩ khuy n khích phát tri n năng lư ng h t nhân cho các m c ích dân s hòa bình. Qu c h i Mĩ ã thành l p y ban Năng lư ng Nguyên t (AEC) vào năm 1946. AEC ã y quy n xây d ng Lò Tái sinh Th c nghi m I t i m t a
7 i m Idaho. Lò ph n ng y phát i n l n u tiên t năng lư ng h t nhân vào ngày 20 tháng 12 năm 1951. M t m c tiêu chính trong nghiên c u h t nhân vào gi a th p niên 1950 là ch ng t r ng năng lư ng h t nhân có th phát i n dùng cho m c ích thương m i. Nhà máy phát i n thương m i u tiên ch y b ng năng lư ng h t nhân t t i Shippingport, Pennsylvania. Nó t t i công su t thi t k tr n v n vào năm 1957. Các lò ph n ng nư c nh ki u như Shippingport s d ng nư c bình thư ng làm ngu i lõi lò ph n ng trong ph n ng dây chuy n. Chúng là m u thi t k t t nh t khi y cho nhà máy i n h t nhân. Ngành công nghi p bí m t ngày càng liên quan nhi u hơn n vi c phát tri n các lò ph n ng nư c nh sau khi Shippingport i vào ho t ng. Các chương trình năng lư ng h t nhân ã chuy n s t p trung sang vi c phát tri n các công ngh lò ph n ng khác. Ngành công nghi p i n h t nhân Mĩ phát tri n nhanh chóng trong th p niên 1960. Các công ti th c d ng ã nhìn th y d ng s n xu t i n này th t kinh t , s ch v m t môi trư ng, và an toàn. Tuy nhiên, vào th p niên 1970 và 1980, s tăng trư ng b ch m l i. Nhu c u i n gi m i và các lo ng i v i n h t nhân ngày càng tăng, ví d như s an toàn lò ph n ng, v n ch t th i, và nh ng xem xét môi trư ng khác. Tuy nhiên, nư c Mĩ v n có s lư ng nhà máy i n h t nhân ang ho t ng nhi u g p ôi so v i b t kì nư c nào trên th gi i vào năm 1991, chi m hơn m t ph n tư s lư ng nhà máy ang ho t ng trên th gi i. Năng lư ng h t nhân cung c p g n 22% i n năng s n xu t nư c Mĩ. Lò ph n ng Tái sinh Th c nghi m I phát ra i n năng th p sáng 4 bóng èn 200W vào hôm 20/12/1951. ây là d u m c kh i u c a n n công nghi p i n h t nhân. Cu i năm 1991, 31 qu c gia khác cũng có nhà máy i n h t nhân ang khai thác thương m i ho c ang xây d ng. ó là m t s chuy n giao công ngh i n h t nhân r ng kh p và n tư ng. Trong th p niên 1990, nư c Mĩ ph i i m t trư c m t vài v n năng lư ng chính, và ã phát tri n m t vài m c tiêu chính cho năng lư ng h t nhân, ó là: Duy trì s an toàn cao và các chu n thi t k ; • Gi m r i ro kinh t ; •
8 Gi m r i ro i u ti t; • Thi t l p m t chương trình ch t th i h t nhân m c cao th t hi u qu . • M t vài trong s nh ng m c tiêu năng lư ng h t nhân này ã ưa vào Chính sách Năng lư ng năm 1992, ư c kí thành lu t [nư c Mĩ] vào tháng 10 cùng năm. Nư c Mĩ ang hành ng t t i nh ng m c tiêu này theo nhi u phương th c khác nhau. Ch ng h n, B Năng lư ng Mĩ gánh vác m t s m t s n l c chung v i ngành công nghi p h t nhân phát tri n th h ti p theo c a các nhà máy i n h t nhân. Nh ng nhà máy ã và ang ư c thi t k ngày m t an toàn hơn và hi u qu hơn. ây cũng là m t n l c nh m làm cho nhà máy i n h t nhân d xây d ng hơn b ng cách chu n hóa thi t k và ơn gi n hóa các òi h i b n quy n, mà không gi m b t các tiêu chu n an toàn. Trong lĩnh v c qu n lí ch t th i, các kĩ sư ang phát tri n nh ng phương pháp m i và nh ng a i m m i dùng c t tr ch t th i phóng x t o ra b i các nhà máy i n h t nhân và nh ng quá trình h t nhân khác. M c tiêu c a h là gi ch t th i h t nhân cách xa môi trư ng s ng và con ngư i trong nh ng kho ng th i gian r t lâu. Các nhà khoa h c cũng ang nghiên c u năng lư ng nhi t h ch h t nhân. S nhi t h ch x y ra khi các nguyên t liên k t l i – hay h p nh t – thay vì phân tách ra. Nhi t h ch là năng lư ng ã c p ngu n cho m t tr i. Trên Trái t, nhiên li u nhi t h ch h a h n nh t là deuterium, m t d ng hydrogen. Nó có trong nư c và d i dào. Nó cũng t o ra ch t th i kém phóng x hơn so v i s phân h ch. Tuy nhiên, các nhà khoa h c v n chưa th s n xu t năng lư ng có ích t s nhi t h ch và v n ang trong ti n trình nghiên c u c a h . Oak Ridge, Tennessee, các công nhân ang óng gói các ng v , chúng ch y u dùng trong khoa h c, công nghi p, và y khoa.
9 Nghiên c u trong nh ng lĩnh v c h t nhân khác v n ti p t c trong th p niên 1990. Công ngh h t nhân gi vai trò quan tr ng trong y khoa, công nghi p, khoa h c, và th c ph m và nông nghi p, cũng như phát i n. Ví d , các bác sĩ s d ng các ng v phóng x nh n d ng và nghiên c u các nguyên nhân gây b nh. H còn dùng chúng tăng li u pháp i u tr y khoa truy n th ng. Trong công nghi p, các ng v phóng x ư c dùng o nh ng chi u dày vi mô, dò tìm nh ng d thư ng trong v b c kim lo i, và ki m tra các m i hàn. Các nhà kh o c s d ng kĩ thu t h t nhân xác nh niên i các v t th i ti n s m t cách chính xác và nh v các khi m khuy t các tư ng ài và nhà c a. B c x h t nhân ư c dùng b o qu n th c ph m. Nó gi ư c nhi u vitamin hơn so v i óng h p, ông l nh ho c s y khô. Nghiên c u h t nhân còn mang l i ích cho nhân lo i theo nhi u ki u. Nhưng ngày nay, ngành công nghi p h t nhân ph i i m t trư c nh ng v n l n, r t ph c t p. Làm th nào chúng ta có th gi m t i thi u các r i ro? Tương lai s tùy thu c vào kĩ ngh tiên ti n, nghiên c u khoa h c, và s tham gia c a m i công dân ã giác ng .