Năng lượng nguyên tử và con người

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

56
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Năng lượng nguyên tử khác với các dạng năng lượng khác, trước hết bởi hàm lượng của nó. Khi phân hạch 1g hạt nhân urani sẽ toả ra ~ 8.1010 J năng lượng, gấp khoảng 3 triệu lần so với khi đốt 1g than (~ 3.104 J).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Năng lượng nguyên tử và con người

Năng lượng nguyên tử và con người Năng lượng nguyên tử khác với các dạng năng lượng khác, trước hết bởi hàm lượng của nó. Khi phân hạch 1g hạt nhân urani sẽ toả ra ~ 8.1010 J năng lượng, gấp khoảng 3 triệu lần so với khi đốt 1g than (~ 3.104 J). Đây là điều kiện chủ yếu để thực hiện thành công các quá trình nhiệt động kèm theo tỏa nhiệt và tạo ra công. Ngoài ra, dự trữ năng lượng trong nhiên liệu hạt nhân (urani, thori) lớn gấp hàng triệu lần dự trự năng lượng trong nhiên liệu hữu cơ. Cuối cùng, ngành năng lượng hạt nhân không phát thải NOx, CO2, SOx gây ô nhiễm sinh quyển trái đất. Tổng hợp các lý do đó cho thấy không còn sự lựa chọn nào khác ngoài năng lượng hạt nhân trong tương lai có thể dự đoán được. Năng lượng nguyên tử Đương nhiên điều hấp dẫn vẫn là sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời, công suất của nguồn này trên bề mặt trái đất khoảng 5.1023 J/năm hoặc ~ 1017 W, gấp 3.000 lần nhu cầu dự báo cho tương lai. Tuy nhiên năng lượng mặt trời quá khuyếch tán (trung bình ~ 160 W/m2 trên mặt đất), do đó chắc chắn sẽ được sử dụng cho nhu cầu tại chỗ, nhưng khó có thể trở thành cơ sở cho ngành năng lượng tương lai. Năng lượng gió và các dòng sông (về bản chất vẫn là năng lượng bức xạ mặt trời) đã từng đóng vai trò quan trọng trước thời đại hơi nước và điện, nhưng
hiện nay sự đóng góp của chúng vào ngành năng lượng thế giới không lớn (~ 7%) và không thể tăng lên đáng kể. Ngày nay năng lượng hạt nhân được sử dụng chủ yếu để sản xuất điện và sự đóng góp của nó vào các nguồn điện thế giới là ~ 17%. Sản lượng điện năng toàn thế giới ở đầu thế kỷ 21 đã tăng gần 100 lần so với đầu kỷ nguyên công nghiệp (năm 1930) và tỉ trọng tiêu thụ điện năng (~ 15%) chắc chắn sẽ tăng bởi vì điện năng là dạng năng lượng phổ dụng và thuận tiện nhất. Hơn nữa điện năng có thể truyền tải đi xa và đưa đến từng hộ gia đình. Năng lượng hạt nhân do hàm lượng năng lượng cao có một không hai của nó, thích hợp một cách lý tưởng cho sản xuất điện năng tập trung. Nó có thể thỏa mãn tất cả những nhu cầu về điện và ngoài ra còn đáp ứng phần lớn các nhu cầu về vận tải, sưởi ấm và hóa công nghiệp. Trong trường hợp này sẽ giảm thiểu phát thải CO2 vào khí quyển trái đất, còn dầu mỏ và khí tự nhiên sẽ được gìn giữ cho các thế hệ tương lai làm nguyên liệu khởi đầu cho nhiều ngành sản xuất hóa chất: chất dẻo, dược phẩm, vật liệu tổng hợp, v.v. Ngay từ cuối thế kỷ 19, nhà bác học Mendeleev đã thuyết phục những người đương thời rằng 'Dầu mỏ không phải là nhiên liệu, đốt dầu mỏ tức là đốt tiền bạc'. Nửa thế kỷ sau đó, nhà vật lý học Pyotr Kapitsa viết rằng, sau này, ... 'người ta sẽ coi đốt than đá, than bùn... trong lò là hành động man rợ...' Tất cả những lập luận và sự kiện đó đều dễ hiểu và có chứng cứ rõ ràng, thế nhưng ở nhiều nơi người ta vẫn phản đối xây dựng nhà máy điện nguyên tử. Trưng cầu ý dân, biểu tình, chính phủ từ chức... mà nguyên nhân không chỉ là sự không am hiểu của một bộ phận lớn người dân về bản chất của năng lượng nguyên tử, thường người ta đánh đồng năng lượng nguyên tử với bom nguyên tử! Sự phản đối từ phía phe đối lập có hiểu biết về năng lượng nguyên tử còn nguy hại hơn và có thể tóm tắt bằng điều khẳng định 'năng lượng nguyên tử quá đắt và nguy hiểm' với những lý do về nguy cơ sự cố hạt nhân; vấn đề phế thải phóng xạ; rủi ro vũ khí hạt nhân rơi vào tay các bọn khủng bố.
Những vấn đề đó là hiện thực và các nhà chuyên môn chân chính thừa nhận rằng những vấn đề đó không phải là bịa đặt, mà chủ yếu là cho đến nay còn chưa được giải quyết dứt điểm. Phản đối đầy xúc cảm từ phía các nhà sinh thái học 'xanh' ít tạo điều kiện giải quyết, còn các nhà bác học “nguyên tử gia” ít khi muốn tranh luận nghiêm túc với những người ít chuyên môn. Thường thì họ chỉ bình luận (nhiều khi với giọng coi thường) về những phát biểu vô nghĩa của những người thuộc phái 'xanh'. Ngoài ra, ngay cả trong cộng đồng các nguyên tử gia cũng không có sự thống nhất cách nhìn nhận về tương lai. Một số cho rằng sự khủng hoảng phát sinh có thể vượt qua bằng cách hoàn thiện cơ cấu hiện hữu của ngành năng lượng hạt nhân, một số khác lại đòi hỏi cải tổ cơ bản trên cơ sở những nguyên lý mới, và trước hết trên cơ sở các lò phản ứng nhanh thế hệ mới. Năng lượng nguyên tử khi đã trở thành bộ phận của ngành năng lượng lớn thì nó không còn là khoa học thuần túy và hiện giờ tương lai của nó không chỉ được định đoạt bởi các nhà vật lý, mà còn bởi các chính trị gia và các nhà kinh tế học, những người đã trở thành trọng tài trong cuộc tranh luận giữa các nhà khoa học hạt nhân và dư luận xã hội đang băn khoăn. Để từ các cuộc tranh luận này nẩy sinh chân lý trước hết cần phải tránh các tiêu chuẩn kép và không đưa ra cho ngành năng lượng nguyên tử những yêu sách rõ ràng quá khắt khe so với các dạng kỹ thuật khác. Không có lời nào tả được vụ bi thảm Tchernobyl: 134 người nhập viện với bệnh do bị phóng xạ nặng, trong đó 32 người đã chết trong vòng một năm và hàng nghìn người sống thấp thỏm về các hậu quả của các liều lượng phóng xạ nhỏ; hàng trăm làng phải sơ tán, còn tổng thiệt hại kinh tế được đánh giá gần 10 tỉ USD. Nhưng trong khi đó không có ai nghĩ tới việc cấm ô tô dù cho mỗi năm chỉ riêng ở Liên bang Nga có tới gần 40 nghìn người chết vì tai nạn đường bộ. Những sự cố lớn đó không phải là đặc thù của ngành năng lượng hạt nhân, đó là cái giá phải trả cho hàm lượng năng lượng khổng lồ. Vụ nổ ở nhà máy liên hợp hóa chất Bhopal (Ấn Độ) năm 1984 đã cướp ngay sinh mạng của 3.300 người và còn 200 nghìn người bị thương tật thị giác và đường hô hấp. Tuy nhiên không ai dựa vào đó để yêu cầu đóng cửa toàn bộ ngành công nghiệp hóa chất. Cũng hoàn toàn tương tự như vụ vỡ đập ở Ý năm 1964 làm chết ngay một lúc 500 người, nhưng
không vì thế mà việc xây dựng các nhà máy thủy điện trên toàn thế giới phải ngừng lại. Và ít ai biết được rằng cứ 1 GW điện một năm sản xuất ở các nhà máy điện đốt than được trả giá bằng sinh mạng của gần 300 người, trong khi ở các nhà máy điện nguyên tử, con số này thấp hơn 500 lần. Theo các đánh giá khoa học, hằng năm gần 3 triệu người chết do ô nhiễm khí quyển, qua 20 năm nữa số lượng đó sẽ tăng gấp 3 lần - tức là mỗi ngày bằng một nghìn vụ thảm họa Tchernobyl. Tóm lại phải trả giá cho năng lượng, nhưng là bao nhiêu còn phụ thuộc vào sự căng thẳng và cấp bách của vấn đề. Không thể đảm bảo an toàn tuyệt đối, chỉ có thể giảm được độ rủi ro sự cố, đó là một trong những bài học của Tchernobyl. Như vậy đã 20 năm nay, sự cố Tchernobyl luôn là một trong những luận điểm chính 'chống lại' trong các cuộc bàn cãi về tương lai của ngành năng lượng nguyên tử, và có thể, đó là tổn hại chính mà nó đã gây ra cho xã hội loài người. Trong điều kiện hiện nay, sự ngăn trở đó có thể trở thành tổn thất to lớn và không bù đắp được. Phế liệu phóng xạ cũng là một vấn đề nữa cần phải giải quyết một cách chuyên nghiệp, chứ không phải để hù doạ các bà nội trợ và các nghị sĩ quốc hội. Trước hết cần phải thấy rõ sự khác nhau giữa nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng - NHS và 'tro hạt nhân' - các phế liệu có tính phóng xạ (PPX). Nhiều cuộc đấu khẩu ở nghị viện, nhiều bài báo kích động trên báo chí và bàn cãi trên truyền hình đều xuất phát từ chính sự không hiểu biết sự khác nhau nói trên. 95% NHS là urani 238 có thể sử dụng lại nhiều lần và chỉ có khoảng 5% là 'tro hạt nhân'. Đã vậy, ~ 1/5 'tro' đó là plutoni 239, loại nhiên liệu quý giá nhất và chất nổ hạt nhân, mà đã có thời nhờ có kim loại này mà cả ngành công nghiệp hạt nhân đã được thành lập, 4/5 còn lại là hỗn hợp hàng trăm chất đồng vị của 30 nguyên tố phóng xạ khác nhau, trong đó có stronti 90, xedi 137, tecnexi 99, iot 129. Nhưng chúng không phải là thực sự nguy hiểm, mà chính là các nguyên tố được gọi là siêu urani (các chất đồng vị của plutoni, neptuni và đặc biệt là amerixi và curi), trong PPX chúng chỉ chiếm xấp xỉ 2%, tức là khoảng 0,1% trọng lượng của NHS. Nhà máy điện nguyên tử công suất 1 GW trong một năm đốt khoảng một tấn urani, nghĩa là thải ra ~ 1 tấn PPX, trong đó có chứa ~ 200 kg plutoni 239 và ~ 20 kg siêu urani. Mà toàn bộ ngành năng lượng hạt nhân thế giới (~ 360 GW) thải ra trong một năm ~
10 nghìn tấn NHS, ~ 400 tấn PPX, ~ 80 tấn plutoni và ~ 7 tấn siêu urani (một xe tải). Để so sánh, một nhà máy nhiệt điện than công suất tương tự một năm thải ra ~ 300 nghìn tấn tro, nhiều hơn toàn bộ NHS (~ 200 nghìn tấn) tích lũy lại trên toàn thế giới trong suốt 50 năm tồn tại của ngành năng lượng hạt nhân. Trong toàn bộ các NHS chứa 10 nghìn tấn PPX, trong đó ~ 2.000 tấn plutoni và ~ 200 tấn siêu urani (4 toa tàu). Hiện nay các nhà bác học còn chưa nhất trí về việc phải làm gì với các phế liệu đó: chôn sâu trong lòng trái đất, bắn lên vũ trụ hoặc đốt trong các lò phản ứng. Nhưng đây không phải là lý do để cấm ngay lập tức năng lượng hạt nhân. Ngành năng lượng hạt nhân còn đang ở giai đoạn khởi đầu của sự phát triển và cần phải tìm kiếm phương pháp giải quyết các vấn đề của nó, chứ không thể là lý do để bóp chết nó trong nôi. Và còn không rõ cái gì nguy hiểm hơn: phế liệu của ngành năng lượng hạt nhân được khoanh vùng trong phạm vi nhất định và được kiểm soát, hay ô nhiễm khí quyển do phát thải từ các nhà máy nhiệt điện hoặc nhiều tỉ tấn hóa chất tẩy rửa tích tụ lại theo thời gian có thể huỷ hoại đất trồng trọt và các hồ chứa trên hành tinh. Thêm vào đó là những thảm họa sinh thái khi xảy ra sự cố tầu chở dầu - điều không tránh khỏi khi vận chuyển hàng triệu tấn dầu. Vả lại, hàm lượng urani trong than cao gấp hàng chục lần so với mức trung bình trên trái đất, vì vậy độ phóng xạ của khói tại miệng ống khói các nhà máy nhiệt điện cao hơn nhiều lần nền phóng xạ trong vùng lân cận NMĐNT (các nhà sinh thái 'xanh' vì lý do nào đó, không thích nhắc tới thực tế này). Cuối cùng, vấn đề không phổ biến vũ khí hạt nhân trong thời đại khi mà chủ nghĩa khủng bố đã trở thành hiện tượng trong cuộc sống hằng ngày. Trước hết, chủ nghĩa khủng bố, đó là sự thách thức đối với tất cả các tiêu chuẩn đạo đức và tinh thần của nền văn minh hiện tại và nếu như chúng ta muốn giữ gìn, thì không được đặt tương lai nền văn minh đó, mà cụ thể là số phận của ngành năng lượng hạt nhân, phụ thuộc bọn khủng bố. Không có sự bảo vệ tuyệt đối nào chống lại sự độc ác có mục tiêu rõ ràng, nhưng có thể và phải giảm thiểu rủi ro, đặc biệt ở
những địa điểm tập trung năng lượng. Để đạt được điều đó, trước hết phải giải quyết vấn đề không phổ biến vật liệu hạt nhân, nghĩa là phải bịt các kênh lấy cắp plutoni và urani 235 (hiện nay trong các kho chứa của Nga đã tích lũy 34 tấn plutoni, mà để làm một quả bom nguyên tử chỉ cần khoảng 5 kg). Trong cơ cấu hiện nay của ngành năng lượng nguyên tử, khi tăng quy mô ngành, khó có thể loại trừ hoàn toàn rủi ro lấy cắp, vì thế thay vì việc tăng cường hàng rào bảo vệ bên ngoài cần tìm ra các phương pháp bảo vệ nội bộ các công trình nguy ên tử, không phụ thuộc vào 'yếu tố con người'. Chỉ có một giải pháp về căn bản cho vấn đề đó: tạo ra các lò phản ứng hạt nhân và công nghệ không đòi hỏi sự thoát ra của plutoni và tách các chất đồng vị của urani, nghĩa là thay đổi tận gốc cơ sở của toàn bộ ngành năng lượng hạt nhân hiện nay vốn đã được định hướng ban đầu theo các nhu cầu quân sự. Diện mạo hiện nay của ngành năng lượng hạt nhân và những vấn đề hiện tại của nó được qui định bởi lịch sử ra đời của nó. Nó xuất hiện như sản phẩm phụ của chương trình chế tạo vũ khí hạt nhân, chương trình này trước hết đòi hỏi khẩn trương tạo ra lò phản ứng để làm ra plutoni nhanh chóng, và đồng thời tìm ra phương pháp tách các chất đồng vị của urani. Sự thịnh vượng chưa từng thấy của vật lý hạt nhân vào những năm sau chiến tranh được biện minh bởi nhiều nguyên nhân, trong số đó phải kể đến sự hỗ trợ chưa từng có của nhà nước cho các chương trình nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực này (kể cả sự hình thành ngành vật lý các hạt cơ bản). Vào thời gian đó, người ta không hề nghĩ đến phế liệu phóng xạ, về các nguồn urani có thể tiếp cận, về độ an toàn trên mức cần thiết tối thiểu, và cũng không nghĩ đến bọn khủng bố đe dọa hàng loạt quốc gia. Theo quan điểm của các nhà bác học nguyên tử, hiện đang bắt đầu giai đoạn hai của sự phát triển ngành năng lượng hạt nhân và tất cả những yêu cầu đó được đặt ra ngay từ đầu và được cân nhắc kỹ lưỡng. Tuy nhiên việc tính toán đến tất cả những yêu cầu hiện đại đối với độ an toàn của các kiểu lò phản ứng hiện hành đã dẫn tới một thực tế là chúng trở thành
không hiệu quả về mặt kinh tế so với các nhà máy điện đốt nhiên liệu hữu cơ. Chính hoàn cảnh đó (cùng với sự kiện Tchernobyl) đã dẫn tới sự suy thoái của ngành năng lượng hạt nhân hiện nay. Khía cạnh kinh tế của vấn đề thường không được các nhà bác học đánh giá đúng mức.Ngày nay, ngành năng lượng nguyên tử về mặt kinh tế đúng là thua kém so với ngành nhiệt năng, nếu phán xét nó theo các thước đo của nền kinh tế thị trường sơ khai, nghĩa là đòi hỏi ở nó lợi nhuận nhanh. Để tạo ra ngành năng lượng hạt nhân bền vững cho tương lai cần 30 - 50 năm nữa và để giải quyết vấn đề đó, cần có chiến lược phát triển dài hạn. Điều đó có nghĩa là ngành năng lượng hạt nhân chỉ phần nào đó là công việc của các công ty tư nhân, nhưng về mặt cơ bản phải là sự quan tâm ưu tiên của nhà nước, giống như ngành giáo dục và ngành y tế. Nền kinh tế và sự ổn định của nhà nước phụ thuộc trực tiếp vào việc giải quyết vấn đề năng lượng và ngoài ra, chính nhà nước chứ không phải các công ty tư nhân phải chịu trách nhiệm về an toàn phóng xạ cho toàn dân. Đáng chú ý là trong một phần tư thế kỷ vừa qua, hầu như tất cả các nhà máy điện nguyên tử đều được xây dựng ở các nước đang phát triển, mà không phải là ở các nước có truyền thống dân chủ lâu đời. Và vì tất đã là ngẫu nhiên khi các cơ sở của ngành năng lượng nguyên tử mạnh nhất châu Âu (78% điện năng) lại được đặt ở Pháp vào thời gian khi tướng Charles de Gaulle nắm quyền. Về thực chất, trong trường hợp cụ thể quan trọng này, chúng ta đang chứng kiến một điều là nền dân chủ của các nước phát triển, nơi nẩy sinh ra chính nền khoa học, và con đẻ của nó - ngành năng lượng nguyên tử, đã đi ngược lại với tiếng gọi của thời đại đang đòi hỏi các giải pháp ngay lập tức và căn bản mà ý tưởng và ý nghĩa của những giải pháp đó chỉ một nhóm các nhà chuyên nghiệp hiểu được. Mọi ý đồ giải quyết số phận của ngành năng lượng nguyên tử thông qua trưng cầu ý dân một cách dân chủ là không thích hợp: chân lý không thuộc về số đông các ý kiến và trong trường hợp này - đó là phương pháp chuyển quyền quyết định quan trọng cho một nhóm được tuyển chọn vô trách nhiệm.
Nhiệm vụ chính của các nhà bác học hạt nhân ngày nay là nghiên cứu triển khai và đề xuất với xã hội, nhà nước một cơ cấu mới của ngành năng lượng hạt nhân và trước hết tạo ra lò phản ứng kinh tế và an toàn, loại trừ được nạn lấy cắp chất nổ hạt nhân và vận hành bằng urani 238 (hoặc thori 232) mà trữ lượng của các chất này trên trái đất thực tế là không bao giờ cạn kiệt. Năng lượng hạt nhân không phải là một vấn đề riêng lẻ, mà chỉ là một cạnh của tam giác Bermuda Năng lượng - Sinh thái - Kinh tế, phải bằng mọi cách tìm ra lối thoát. Quy mô của nhiệm vụ này vượt xa sự phức tạp của việc chế tạo vũ khí hạt nhân. Có lẽ là nạn đói năng lượng còn chưa đến: người dân còn chưa vượt qua nỗi sợ hãi tự nhiên trước những thành quả còn xa lạ của ngành năng lượng hạt nhân, các nhà bác học còn chưa giải quyết được những nhiệm vụ then chốt, các chính trị gia còn chưa thấu hiểu được tầm quan trọng của năng lượng hạt nhân để có thể đem toàn bộ tiềm lực đất nước giúp giải quyết. Mà thời gian còn lại ngày càng ngắn: năng lượng hạt nhân - đâu phải là củ khoai có thể bóc ra ăn ngay và khi nạn đói năng lượng thực sự tới gần, không thể đầu tư trong một vài năm là có kết quả.