Tài liệu: Cách nhìn mới về năng lượng hạt nhân

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

59
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo chuyên đề vật lý học giải thích các hiện tượng tự nhiên và giúp các bạn mở rộng kiến thức vật lý học của bản thân

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu: Cách nhìn mới về năng lượng hạt nhân

CÁCH NHÌN M I V NĂNG LƯ NG H T NHÂN Paul Norman B t ch p hình nh không thân thi n v i môi trư ng c a nó, năng lư ng h t nhân v n nh t nh quay tr l i chương trình năng lư ng c a th gi i do nhu c u c t gi m s phát th i cacbon dioxit. Paul Norman, Andrew Worrall và Kevin Hesketh mô t cách mà th h k ti p c a các nhà máy i n h t nhân s s ch hơn và hi u qu hơn bao gi h t. S m lên toàn c u có ngu n g c m t trong nh ng ý tư ng cơ b n nh t c a n n v t lí h c Newton: không có tác d ng nào mà không có ph n tác d ng. Nói ơn gi n, chúng ta không th c ti p t c bơm cacbon dioxit và các ch t c h i khác sinh ra t s cháy c a nhiên li u hóa th ch vào môi trư ng c a chúng ta mà không ph i gánh ch u h u qu . Các nhà khoa h c môi trư ng ã c nh báo v n này nhi u l n, nhưng ch n bây gi chính quy n các nư c m i có s lưu tâm thích áng t i v n . S bi n i khí h u do con ngư i t o ra là m t trong nh ng e d a l n nh t n b m t hành tinh c a chúng ta, và ngư i ta ư c tính nó là nguyên nhân gây ra hơn 160.000 cái ch t trên th gi i m i năm do h n hán, lũ l t và mùa màng th t bát. Nhưng vi c gi i quy t s m lên toàn c u mà chúng ta i m t là m t bài toán nan gi i. Các nhiên li u hóa th ch cung c p ít nh t là 85% t ng nhu c u năng lư ng c a chúng ta, t i n s d ng trong nhà chúng ta cho t i vi c s n xu t các s n ph m hàng hóa và ngu n cung th c ph m cho chúng ta. Các ngu n năng lư ng có th h i ph c, như các ngu n khai thác M t Tr i, gió, và sóng bi n, có th giúp gi m b t s ph thu c c a chúng ta vào nhiên li u hóa th ch, nhưng tính ch t không ch c ch n c a chúng và thư ng có công su t th p nên chúng ch có th cung c p m t ph n nh cho bài toán năng lư ng. Th t v y, a s các d ng năng lư ng có kh năng h i ph c u có s tác ng n môi trư ng áng k c a riêng chúng – ví d như làm bi n i c nh quan, ho c gây nguy hi m cho cu c s ng hoang dã. Chúng cũng yêu c u các nhà máy i n nhiên li u hóa th ch ph i s n sàng ho t ng khi công su t ra th p, ví d như khi các tuabin gió không phát i n ư c trong nh ng i u ki n nh t nh. May thay, có m t l a ch n khác gi i quy t cơn kh ng ho ng năng lư ng l m hi n ra trư c m t chúng ta: ó là năng lư ng h t nhân. m c nguyên t , năng lư ng nhi t gi i phóng trong m t s ki n phân h ch là 200 eV, so v i ch có vài eV phát sinh ra khi m i phân t hydrocacbon b phá v b ng vi c t nhiên li u có ch a cacbon. K t qu là m t viên nhiên li u lò ph n ng h t nhân dài ch 1 cm có th t o ra lư ng i n tương ương v i 1,5 t n than á. Hơn n a, nhà máy i n h t nhân t o ra lư ng ch t th i r t ít, ngư c v i lư ng ch t c kh ng l ư c bơm không qua ki m tra vào môi trư ng b i vi c t nhiên li u hóa th ch. M c dù ch t © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 1/11
th i h t nhân thì c hơn nhi u so v i nh ng ch t c này, nhưng ít nh t nó có th ư c cô l p hoàn toàn. Năng lư ng h t nhân ti n lên gi vai trò ch o vào cu i th p niên 1950 và 1960, v i vi c xây d ng nhi u nhà máy i n h t nhân trên kh p th gi i. Tuy nhiên, m i nguy hi m n môi trư ng i kèm v i ch t th i h t nhân luôn luôn là lí l ch ng l i năng lư ng h t nhân. Thêm v i tai n n Chernobyl năm 1986 và các tác ng th trư ng trong lĩnh v c năng lư ng, n n công nghi p h t nhân ã i vào th i suy tàn trong th p niên 1980 và 1990. Nhưng xu th ó ngày nay hình như ang có s chuy n bi n. H i tháng năm, ch ng h n, chính ph Mĩ ã t d u hi u m c tiêu c a h là xây d ng m t h m i m i các nhà máy i n h t nhân trên kh p t nư c, và m t s nư c khác, g m Trung Qu c, Ph n Lan, Pháp, n và Nga ã thông báo ho c ã b t tay vào xây d ng nh ng lò ph n ng m i. Không ph i ch có s kh n thi t ph i chi n u v i s bi n i khí h u châm ngòi cho t h i ph c h t nhân này. Các lu n c kinh t d a trên s tăng liên t c giá khí t và d u m , c ng v i s quan tâm chi n lư c trong vi c m b o m i nư c có ngu n cung ng năng lư ng b n v ng, cũng là nh ng nhân t chính. Trong th c t , các lu n c kinh t và chi n lư c m nh m cho th y hi n nay không th nào có ư c gi i pháp th c t cho bài toán năng lư ng mà trong ó năng lư ng h t nhân không óng vai trò chính m t l n n a. Và âu có năng lư ng h t nhân, ó có các nhà v t lí. L ch s i n h t nhân Lò ph n ng h t nhân ho t ng b ng năng lư ng gi i phóng trong s phân h ch h t nhân. Quá trình này bao g m vi c b n neutron vào h t nhân uranium-235, h t nhân này chuy n thành h t nhân uranium-236 có năng lư ng vư t m c tr nên bi n d ng và tách thành hai m nh v phân h ch n ng c ng v i hai ho c ba neutron m i sinh trên m i s ki n phân h ch. S h t kh i lư ng nh gi a nh ng s n ph m cu i cùng này và neutron ban u và h t nhân uranium ư c gi i phóng dư i d ng năng lư ng theo phương trình n i ti ng c a Einstein. a s năng lư ng này t n t i dư i d ng ng năng c a các s n ph m phân h ch, chúng làm phát ra r t nhi u nhi t do va ch m v i các nguyên t xung quanh. Nhi t này ư c mang ra ngoài b ng m t ch t l ng làm ngu i như cacbon dioxit ho c nư c (t o thành m ch làm ngu i chính) và ư c dùng un n i hơi trong m ch th c p t o ra hơi nư c làm quay tuabin và máy phát – tương t như nhà máy i n s d ng nhiên l u hóa th ch. Trong s các neutron ư c gi i phóng, m t s s thoát kh i lò ph n ng, còn s khác b h p th , nhưng kho ng phân n a s làm tách thêm h t nhân uranium, kích ho t ph n ng dây chuy n. gi quá trình này dư i s ki m soát, a s lò ph n ng yêu c u m t b ph n i u ti t – thư ng c u t o t graphit ho c nư c vì nguyên t nh c a chúng h p th t t ng năng c a các neutron. Nhà máy i n h t nhân thương m i u tiên trên th gi i khai trương Anh năm 1956 t i a i m Sellafield trên b bi n Cumbrian, và nó ch y trong g n như n a th k trư c khi óng c a vào năm 2003. B n lò ph n ng Calder Hall thu c lo i Magnox, nghĩa là chúng s d ng h p kim magnesium “không oxi hóa” b c các thanh nhiên li u uranium. Cũng gi l i các s n ph m phân h ch d bi n i, như caesium và strontium, l p ph Magnox này có ti t di n h p th neutron th p và do © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 2/11
ó làm gi m “s h p th kí sinh” neutron. Ch t o t graphit và ch a l cho c các thanh nhiên li u và cho phép ch t khí làm l nh ch y, ch t i u ti t làm ch m neutron b ng cách làm tán x àn h i sao cho phân b ng năng c a chúng tr nên sánh ư c v i phân b ng năng c a ch t khí tr ng thái cân b ng nhi t v i graphit. Vì nh ng năng lư ng này, neutron có xác su t tương tác v i phân t cao hơn, nên lò ph n ng Magnox có th s d ng nhiên li u ch a các m c x y ra t nhiên c a uranium-235 (kho ng 0,7%), tránh ph i dùng – và hao phí – uranium ã qua “làm giàu”. K t khi nhà máy i n h t nhân thương m i u tiên m c a Anh vào năm 1956, các m u lò ph n ng ã ti n tri n r t nhi u. M c dù s khác bi t gi a các m u không rõ ràng cho l m, nhưng B Năng lư ng Mĩ (DOE) ã phân lo i chúng thành b n th h khi h b t u nh m t i vi c xây d ng các lò ph n ng m i trong gi a n cu i th p niên 1990. Nhà máy Magnox bu i u, nhi u trong s ó v n ang ho t ng, ư c gán cho là th h I, còn nh ng m u k v c a chúng trong th p niên 1970 và 1980 – các lò ph n ng nư c nh (LWR) - ư c g i là th h II. Nh ng lò ki u này t o nên kh i nhà máy i n h t nhân trên kh p th gi i hi n nay, và nhi u lò v n ang ư c xây d ng thêm. Các m u th h III, tương t như các lò ph n ng th h II nhưng có c i m an toàn c i ti n, ang s n sàng ư c xây d ng, trong khi m t s nư c ang theo u i các m u “th h III+” hơi c i ti n hơn m t chút. Còn các m u th h IV – trong ó DOE ã ch n 6 - hi n v n giai o n u, nhưng chúng h a h n mang l i nh ng nhà máy i n h t nhân s ch hơn và kinh t hơn vào gi a th k này. Vào u th p niên 1970, nư c Anh có 11 nhà máy i n h t nhân Magnox (g m t ng c ng 26 lò ph n ng) ho c ang ho t ng ho c ang trong giai o n xây d ng ho c lên k ho ch. Anh cũng ã xu t kh u m u Magnox – t ây g i là “th h I” – sang Nh t và Italy, m i nư c m t nhà máy i n h t nhân. Tuy nhiên, trong m t n l c nh m tăng t l công su t i n trên công su t nhi t thì y ban i n l c ã ưa ra ý tư ng v lò ph n ng c i ti n làm l nh b ng ch t khí (AGR) – bây gi g i là m u “th h II”. Lò u tiên m c a vào gi a th p niên 1970, t t c 7 nhà máy i n AGR (14 lò ph n ng) hi n v n ang ho t ng. Ch t i u ti t (graphit) và ch t làm l nh (cacbon dioxit) có m t trong c m u Magnox l n m u AGR. Tuy nhiên, AGR có hi u su t nhi t cao hơn do ho t ng 600oC so v i kho ng 370oC m u Magnox. Vì nhi t nhi t cao, uranium © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 3/11
ch u s bi n i pha tinh th khi n nó n ra, có kh năng làm suy y u l p ph ngoài, nên AGR dùng uranium oxit làm nhiên li u c a chúng. Và vì Magnox tr nên m m nhũng và có th còn d nóng ch y trong không khí nhi t AGR, nên thép s ch ư c dùng làm l p ph thay th . Vì thép s ch h p th nhi u neutron hơn Magnox, nên AGR yêu c u uranium có thành ph n uranium-235 chi m vài ph n trăm, giá thành tăng thêm s ư c l y l i qua công su t năng lư ng tăng c a nhiên li u. Nư c Anh cũng ti n hành nghiên c u các m u “lò ph n ng nhanh” cho n u th p niên 1990, ví d t i a i m Dounreay mi n b c Scotland. Nh ng lò ph n ng này không có ch t i u ti t và neutron gi i phóng trong m i s ki n phân h ch do ó v n gi ư c ng năng l n c a chúng. K t qu là các lò ph n ng này có kh năng bi n uranium suy ki t (t c là uranium có h u h t thành ph n uranium- 235 c a nó ã b xài h t) thành plutonium, ch t này cũng có th dùng làm nhiên li u h t nhân. Vì khi m i nguyên t plutonium b phá v do phân h ch thì ít nh t m t ho c nhi u nguyên t khác ư c t o ra trong nhiên li u ã qua s d ng, nên lò ph n ng nhanh – hay lò ph n ng tái sinh – t o ra nhi u ch t d phân tách hơn nhiên li u c a nó, do ó có kh năng làm tăng kho d tr nhiên li u h t nhân lên r t l n. Vì các neutron năng lư ng tính trong lò ph n ng nhanh có xác su t tương tác v i h t nhân khác th p hơn, cho nên lò ph n ng yêu c u ch t li u có th phân h ch m c hơn và các ch t có th s ng ư c trư c dòng neutron r t l n. K t qu là lò ph n ng nhanh ph c t p hơn và t hơn lò ph n ng Magnox ho c AGR, m t ph n là do chúng yêu c u thêm m t m ch làm l nh n a, và m u ó chưa h ư c s d ng v m t thương m i. Lò ph n ng nư c nh T i m t nơi khác trên th gi i, nư c Pháp b t u i theo s ch o c a Anh b ng vi c xây d ng các lò ph n ng tương t như m u Magnox trong th p niên 1960. Trong khi ó, nư c Mĩ nh n ra r ng lò ph n ng kinh t nh t là các lò thư ng ư c g i chung là lò ph n ng nư c nh (LWR). Các lò này d xây d ng và ho t ng hơn lò Magnox ho c AGR, và chúng cũng có l i hơn v m t kinh t . Ch ng h n, nhiên li u s d ng ư c c i thi n qua n l c chung c a nhi u nư c sao cho ngày nay nó có th duy trì ư c công su t năng lư ng có ích cao hơn nhiên li u AGR, lo i ch có m t mình nư c Anh phát tri n. LWR s d ng nư c thư ng làm ch t i u ti t và ch t làm l nh, ch y trên nhiên li u uranium oxit làm giàu lên t i 5% uranium-235 và ch a trong m t v b c h p kim zirconium. LWR có hai lo i cơ b n: lò ph n ng nư c i u áp (PWR) và lò ph n ng nư c sôi (BWR). PWR gi nư c trong m ch làm l nh chính d ng l ng và cho b c hơi trong m t m ch th hai i u hành áp su t th p hơn. Ngư c l i, BWR s d ng m t m ch áp su t hai pha nư c-hơi nư c, trong ó hơi nư c t lõi lò tr c ti p làm quay tuabin. L i th c a m u này là nó không yêu c u m t m ch làm l nh th c p và các ch t trao i nhi t i kèm, các ng, van và bơm. Tuy nhiên, l i th này có xu hư ng b bù l i b i s tăng ph c t p nh ng khía c nh khác, nh t là vi c duy trì và kh i ng vì hơi nư c i qua tuabin có tính phóng x và do ó s làm nhi m b n chúng. Nhi u ưu i m c a LWR n t lõi lò ph n ng r t r n ch c c a chúng, có th là do nư c là ch t hi u qu nh t trong s t t c các ch t i u ti t ư c s d ng © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 4/11
ph bi n làm ch m các neutron phân h ch. Ưu i m này khi n LWR kinh t hơn và d xây d ng và ho t ng hơn nhi u so v i nhà máy i n h t nhân Magnox và AGR (m c dù AGR không yêu c u m c làm giàu uranium cao như th ). Ví d , n i áp su t trong ó lò ph n ng ư c ch a c ng v i t t c c u trúc xung quanh nh ch t o trong m t phân xư ng và v n chuy n n a i m xây d ng, trong khi n i áp su t Magnox và AGR quá l n nên yêu c u ph i xây d ng t i ch . S phát i n h t nhân b t u t lõi c a lò ph n ng, trong ó neutron ư c cho b n vào h t nhân uranium-235 làm cho chúng tách thành h t nhân nh hơn và neutron khác. Nh ng neutron này ph i ư c làm ch m b ng ch t i u ti t sao cho chúng có th kh i ng các ph n ng phân h ch khác và duy trì ph n ng dây chuy n. Trong trư ng h p lò ph n ng nư c i u áp (PWR, hình), nư c ư c dùng làm ch t i u ti t, trong khi graphit và nư c n ng ư c s d ng trong các m u lò khác. Các “thanh i u khi n” h p th neutron có th chèn vào lõi lò ph n ng lúc ho t ng, cho phép t c ph n ng ng ng l i. Va ch m gi a các s n ph m phân h ch và các nguyên t xung quanh làm phát sinh nhi t, nhi t này có th trích ra b ng m t ch t làm l nh (nư c trong trư ng h p c a PWR) lưu thông qua vùng lõi và làm b c hơi nư c trong m ch th c p. Hơi nư c làm quay tuabin và máy phát, máy phát ư c n i vào m ng lư i i n. M c dù nư c Anh ã thi t k AGR c nh tranh v i LWR, nhưng m u này s m ph i b i vì chi phí xây d ng t và khó i u hành hơn LWR. V i hi u su t ho t ng hơi t c a chúng, cu c c nh tranh v i LWR nhanh chóng i t i k t thúc – hơi gi ng như Boeing u v i các nhà s n xu t máy bay c nh c a Anh. Nư c Anh nh n ra i u này b ng vi c quy t nh b AGR theo PWR, và vi c xây d ng nhà máy PWR u tiên và duy nh t c a nư c Anh (Sizewell B b bi n Soffolk – b t u vào năm 1988. Th t v y, trong s 436 lò ph n ng ang ho t ng hi n nay trên th gi i thì 357 lò là LWR, trong ó 264 là PWR, và ây cũng là lo i lò ang ư c xây d ng ch y u hi n nay. Các lò ki u m i Ngày nay, nhi u qu c gia ang ph i i m t v i v n làm sao cân i gi a nhu c u năng lư ng c a h ng th i t o ra ít cacbon dioxit hơn, và nư c Anh cũng không ngo i l . Khi c u th tư ng Anh Tony Blair lên n m quy n h i năm 1997 – hai năm sau khi Sizewell i vào ho t ng – ông quy t nh “khoanh vùng” v n năng lư ng h t nhân. Nhưng hi n nay rõ ràng là chính ph Anh ã ch p nh n r ng cách duy nh t t ư c m c tiêu nhi u tham v ng c a mình trong vi c c t gi m s phát th i cacbon dioxit là ít nh t ph i duy trì cho ư c óng góp 18% hi n nay mà năng lư ng h t nhân mang t i cho “t h p năng lư ng”. Vi c xây d ng m t nhà máy i n h t nhân không ph i di n ra trong ngày m t ngày hai. Và n u như chính ph Anh quy t nh ti n t i m t h m i nhà máy © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 5/11
i n h t nhân m i (m t quy t nh hi n nay ang thăm dò dư lu n và s cho k t qu cu i cùng vào tháng 10), thì h c n ph i quy t nh là ch n công ngh nào và ai s xây d ng và i u hành nhà máy. Nh ng l a ch n v a nói là tùy thu c vào tác ng th trư ng, thùy thu c vào nhà cung c p lò ph n ng ho c ch s h u công ngh nào n chào hàng trư c, và tùy thu c tiêu chu n môi trư ng và tiêu chu n an toàn nghiêm ng t. Tóm l i, m t kho ng 10 năm n a thì m t nhà máy i n h t nhân m i có th hòa vào lư i i n qu c gia. Hai ng viên sáng giá nh t cho các lò ph n ng xây m i Anh là các lò PWR, gi ng như Sizewell B : Areva EPR (lò ph n ng nư c i u áp châu Âu) và Westinghouse AP-1000 (AP là vi t t t c a “th ng c i ti n” và 1000 bi u th 1000MW công su t i n mà nhà máy có th s n xu t). Các m u có tri n v ng khác là lò ph n ng nư c sôi c i ti n (ABWR), v cơ b n là m t phiên b n t i ưu hóa c a BWR, và lò ph n ng Candu c i ti n (ACR), d a trên các lò ph n ng Candu r t thành công c a Canada. Các lò này tương t v i PWR nhưng s d ng nư c n ng (D2O) làm ch t i u ti t. Nư c n ng h u như không b t l y neutron nào, nhưng vì nó ch a deuterium r t t t trong vi c làm ch m neutron. i u này có nghĩa là s có s n nhi u neutron phân h ch hơn, cho phép ACR ho t ng v i nhiên li u có m c làm giàu th p. c i m chung c a t t c các m u “th h III” này là chúng ho t ng ơn gi n: chúng yêu c u ít can thi p hơn, ít nhiên li u hơn và d duy trì hơn các m u trư c. Chúng cũng ã ư c c i ti n, các c i m an toàn th ng d a trên các l c v t lí như h p d n và i lưu, có ít ho c không c n n các d ng c cơ h c như bơm. Tuy nhiên, các nhóm v n ng như CND và Hòa bình Xanh ã th c s ph t l i các c i m ó và thay vào ó l i t p trung vào nh ng lo l ng không ng ng tăng lên v ch t th i h t nhân mà m t h th ng nhà máy i n h t nhân m i s t o ra. Trong khi hi n nhiên là càng có nhi u nhà máy i n h t nhân thì s càng có nhi u ch t th i h t nhân, thì kh i lư ng ch t th i phát sinh trên kWh công su t ra các m u m i s ít hơn nhi u so v i các m u trư c ây. Ch ng h n, m t t h p 10 nhà máy LWR gigawatt m i s phát ra g p ôi lư ng i n trong tu i th 60 năm c a chúng so v i t h p ó hi n nay, nhưng s t o ra ch kho ng thêm 10% ch t th i phóng x m c cao trong cùng th i gian trên dư i nh ng i u ki n h p lí. Hơn n a, các lò ph n ng m i này có th cho phép chúng ta s d ng kho d tr plutonium quân s b ng cách dùng nhiên li u “oxit h n h p” ch t t o t oxit uranium và plutonium. Các m u AP-1000, EPR, ACR và BWR u s d ng cùng lo i nhiên li u, m ch áp su t, máy phát hơi nư c và nh ng thành ph n ch ch t khác như các lò ph n ng th h I và th h II ang ho t ng ngày nay. Các nhà máy m i xây d ng trên các m u này do ó s ư c xây d ng ngay. Th t v y, m t nhà máy EPR ang ư c xây d ng Ph n Lan (xem hình), v i m t cái Pháp sau ó, còn Trung Qu c ã t hàng vài lò AP-1000. Tuy nhiên, có l trong vòng 20 năm t i, chúng ta s có th s n sàng xây d ng cái ư c g i là m u lò ph n ng th h IV. Th h IV Vào cu i th p niên 1990, B Năng lư ng Mĩ ã ch n ra 6 m u th h IV trong danh sách thu g n hơn 100 ý tư ng nh m “m r ng kh năng s d ng năng lư ng h t nhân”. Ba trong s các m u này là lò ph n ng nhanh, có chu trình nhiên © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 6/11
li u có ch p nh n ư c, trong ó plutoinium-239 ư c t o ra t ph n ng b t neutron uranium-238 và do ó có th ho t ng trong nhi u trăm năm v i ngu n d tr uranium hi n có. Ba m u lò phàn ng nhanh ó khác nhau ch y u vi c ch n ch t làm l nh: ó là natri l ng, chì l ng và khí heli, m t s trong ó là ch t d n nhi t t t, còn m t s thì khó gi i quy t n u như chúng rò r . Lò ph n ng EPR u tiên c a th gi i ang ư c xây d ng a i m Olkiluot, Ph n Lan, và s hoàn thành vào năm 2009. M t m u th h IV khác là lò ph n ng nư c siêu t i h n, trong ó nư c trong pha siêu t i h n c a nó ư c dùng làm ch t làm l nh. Nư c tr ng thái này (t c là tr ng thái trong ó không có s phân bi t gi a th l ng và th khí) có dung lư ng nhi t c bi t r t cao, cho hi u su t nhi t cao hơn so v i các lò LWR hi n có. Cũng còn có lò ph n ng nhi t r t cao (VHTR), h hàng v i các lò ph n ng HTR hi n nay, như công ngh giư ng th ch anh mà hi n Nam Phi ang theo u i. Các lò này thư ng s d ng ch t i u ti t graphit và ch t khí làm l nh và gi ư c kh năng cho hi u su t nhi t cao. Hơn n a, VHTR còn an toàn t i m c khó tin, vì thành ph n phóng x c a nhiên li u b ch n l i ngay c khi lò ph n ng t 1500oC (t c là trên 500oC so v i nhi t t i quá nhi t ho t ng bình thư ng). Tuy nhiên, có l m t h p d n nh t c a m u VHTR là ch nó có th t o ra hydro thông qua s i n phân trong nư c ho c ph n ng nhi t hóa và do ó s có ch ng trong n n kinh t hydro tương lai. T o ra hydro là m t quá trình năng lư ng t p trung cao , yêu c u m t lư ng l n i n năng ho c nhi t – c hai u d i dào trong m u VHTR v i h u như không có s phát sinh cacbon dioxit. S n ph m c a hydro không nh hư ng t i hi u su t c a lò ph n ng, m c dù nó th t s làm gi m công su t i n phát ra. Vi c s d ng nhiên li u hóa th ch t o ra hydro là không th bào ch a ư c v phương di n môi trư ng. M u th h IV sau cùng – g i là lò ph n ng mu i nóng ch y – có tính cơ b n nh t. ây, nhiên li u d ng mu i uranium lưu thông trong ch t làm l nh sao © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 7/11
cho không có ch t làm l nh nào b th t thoát làm ng ng tr ph n ng dây chuy n. Công trình này ư c ưa vào th c ti n như th nào hi n nay v n chưa có quy t nh chính th c, vì nghiên c u v m u mu i nóng ch y – và t t c các m u th h IV khác, trong th c t - v n còn giai o n r t s m. Không gì ch c ch n là c 6 m u s thành công trong c u hình thương m i th c t . M t s r t cu c s b b rơi khi m t s lò ph n ng t ra ng v ng hơn nh ng lò khác. L c quan mà nói, s nhi t h ch h t nhân s b t u có m t vào cùng th i i m và s mang lai m t chi u hư ng m i cho năng lư ng h t nhân. S ph c hưng c a năng lư ng h t nhân N n công nghi p h t nhân châu Âu (v i ngo i l Pháp) và Mĩ ã b ình tr k t gi a th p niên 1980, v i m t s nhà máy m i hi n ang ư c t hàng. Xu hư ng này m t ph n là do n l c c a các nhóm ph n i h t nhân và cũng do s c Chernobyl năm 1986, nhưng tác ng th trư ng l i m t l n n a phát huy tác d ng. Anh, ch ng h n, do c nh tranh v i khí thiên nhiên, vi c bãi b quy nh v th trư ng năng lư ng và s b o h d thay i c a chính ph ã gây khó khăn cho các nhà máy i n h t nhân m i m b o ư c ngu n u tư riêng c n thi t. nh ng nư c khác, s c nh tranh v i than á r ti n ã làm suy y u s ng h cho các nhà máy i n h t nhân, còn c Anh và Mĩ, vi c kéo dài thành công th i gian ho t ng c a các nhà máy i n h t nhân hi n có, m a may thay, l i làm c n tr vi c xây d ng các nhà máy i n h t nhân m i. Tuy nhiên, ngày nay chúng ta ang bư c vào m t th i kì ph c hưng c a năng lư ng h t nhân. M c dù t nó không ph i là gi i pháp hoàn ch nh cho bài toán bi n i khí h u, nhưng năng lư ng h t nhân có th giúp làm ch m l i s m lên toàn c u và cung c p ngu n i n áng tin c y v i tư cách là m t ph n c a t h p năng lư ng g m nhi u lo i. Và trong cu c o ngư c th i v n, s tăng giá khí t và d u m g n ây ã cho th y nhà máy i n h t nhân hi n nay là s l a ch n kinh t nh t nhi u nư c. Nh n th c ư c r ng d u m và khí t ang b t u c n ki t, nư c Anh và nh ng chính ph khác c n ph i i theo s tiên phong c a Trung Qu c, Pháp, Hàn Qu c và Nh t B n trong vi c theo u i m t chương trình h t nhân m i. Vì v y, chúng ta có th mong i s nhìn th y m t t h p m i các lò ph n ng c a Anh, có kh năng là h n h p các m u EPR và AP-1000, s i vào ho t ng trong 10-15 năm t i và có l s ch y cho n năm 2080. Trư c ngày ó, chúng ta cũng có th nhìn th y các lò ph n ng th h IV, m t trong s ó cũng có kh năng t o ra hydro. Khi ó, năng lư ng h t nhân cùng v i các d ng năng lư ng có th h i ph c s giúp nư c Anh c t gi m s phát th i cacbon dioxit c a mình n mc d ch p nh n hơn. Ngư c l i, b ng vi c thay th t h p h t nhân hi n nay v i các d ng có th h i ph c cung c p cùng t tr ng năng lư ng (hi n chi m kho ng 19% t ng lư ng Anh), chúng ta s không c t gi m ư c chút nào s phát khí th i c. Trư c vi n c nh n n công nghi p h t nhân có v sáng s a hơn nhi u so v i 5 năm trư c ây, các nhà v t lí ã có th tìm th y chính mình trong nhu c u ang tăng trư ng. Lĩnh v c h t nhân có t m quan tr ng toàn c u và là m t trong s ít lĩnh v c, trong ó các nhà v t lí th t s s d ng kĩ năng c a h bên ngoài hàn lâm vi n. Ki n th c v khoa h c v t li u và s truy n nhi t bên trong lò ph n ng có th ch quan © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 8/11
tr ng như s hi u bi t v các ph n ng h t nhân, và n n v t lí neutron, ch ưc d y trong các khóa ào t o trên i h c. Th t tr trêu, quy t nh thành công m i ây do Hòa bình Xanh mang l i h i u năm nay ch ng l i ti n trình xét l i năng lư ng c a chính ph Anh hình như cũng báo hi u m t s h i sinh c a chương trình năng lư ng h t nhân c a Anh, vì chính ph ph n ng v i m t quy t tâm anh thép r ng ti p t c xét l i và khăng khăng r ng năng lư ng h t nhân là c n thi t. Th t áng ti c, s ch ng i b i các nhóm hòa bình ch ng l i các nhà máy i n h t nhân ch mang l i nhi u nhà máy nhiên li u hóa th ch hơn ư c xây d ng. S thành l p Phòng thí nghi m H t nhân qu c gia Anh là m t b ng ch ng n a cho s h i sinh h t nhân, và dư ng như xu th ang có bi n chuy n và bây gi chúng ta s chào ón m t cách hi u m i v năng lư ng h t nhân. Gi lò ph n ng h t nhân dư i s i u khi n Trái v i nh ng gì mà m t s nhóm ch ng h t nhân có th làm cho b n tin, các lò ph n ng h t nhân không ph i là nh ng c máy không n nh s n sàng thoát kh i t m ki m soát b t c lúc nào. Các nguyên lí v t lí âm h c ư c s d ng m b o an toàn cho các lò ph n ng ư c xây d ng h p th c. Ví d , trong lò ph n ng nư c i u ti t, các neutron gi i phóng trong s phân h ch ư c làm ch m b ng va ch m v i h t nhân hydro và oxy ( a s ư c th c hi n ch b i hydro), khi n chúng d b b t l y hơn. Tuy nhiên, n u vì m t s nguyên nhân mà s ph n ng tăng lên, thì công su t nhi t tăng thêm s làm cho ch t i u ti t giãn n - do ó làm gi m t c ph n ng và ngăn c n h th ng ra kh i t m ki m soát. M t cơ ch ph n h i tương t g i là m r ng Doppler ư c mang l i b i s gia tăng h p th neutron trong ch t lò ph n ng khi chúng nóng lên, và m c tiêu là thi t k m t lò ph n ng trong ó m t s cơ ch như th k t h p nhau t o ra h th ng b n v ng. M t ví d v h th ng ư c thi t k kém là lò ph n ng RBMK c a Nga. Năm 1986, m t lò ph n ng như th t i Chernobyl ã gây ra th m h a h t nhân t i t nh t trong l ch s . Các lò ph n ng này s d ng graphit i u ti t neutron và nư c làm l nh h th ng, chúng thông thư ng là s ch n l a t t. Tuy nhiên, m t s k t h p không may c a hai lò khi n cho RBMK c c kì nguy hi m: a s s i u ti t ư c cung c p b i graphit, còn nư c ch y u óng vai trò ch t h p th . Khi nư c nóng n sôi lên thì mt ch t h p th gi m. i u này d n t i nhi u ph n ng hơn, càng làm sôi nhi u ch t h p th hơn n a, gây ra m t vòng ph n h i không lư ng trư c ư c. M t nhân t khác góp m t trong v tai n n có liên quan t i các neutron phát ra b i các s n ph m phân h ch. Hai ho c ba neutron gi i phóng trong m t s ki n phân h ch ư c g i là neutron nhanh, vì chúng phát ra t c th i t i i m phân tách ho c nhanh chóng “b c hơi” ra kh i s n ph m phân h ch b kích thích. Tuy nhiên, các s n ph m phân h ch này l i t phát ra neutron theo phân rã beta. M c dù có s lư ng dư i 1% so v i s neutron nhanh, nhưng các “neutron ch m” này – có th ti p t c kh i ng nh ng phân h ch m i – m b o r ng trong m t lò ph n ng thông thư ng, các m c công su t trong log thay i r t ch m và an toàn. Nhưng t i Chernobyl, s lư ng neutron tăng r t nhanh và không an toàn do ch m t mình các neutron nhanh, © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 9/11
làm cho lò ph n ng i t 10% công su t y lên 100 l n công su t t ng trong 3 giây. Thi u sót này ch có trong các lò ph n ng RBMK, có nghĩa là m t v “Chernobyl khác” không th nào x y ra. Vn ch t th i h t nhân Nh n th c chung c a m i ngư i là các lò ph n ng h t nhân làm phát sinh m t lư ng l n ch t th i phóng x , ch t th i này khó qu n lí an toàn, và nó khác v i các lo i ch t th i c h i khác phát sinh b i n n công nghi p. Th c t thì khác: th tích ch t th i tương i th p, c bi t i v i ch t th i m c cao g m các s n ph m phân h ch phóng x ch y u và các ch t có tính phóng x cao hơn uranium (s lư ng ch vài mét kh i t 1 GW PWR/năm). Trong khi ch t th i m c cao này bi u hi n s r i ro áng k , thì n a th k kinh nghi m cho th y nó có th ư c qu n lí r t an toàn. Còn i v i th tích l n hơn nhi u c a ch t th i phóng x m c th p, thì s r i ro ti m n c a nó thay i t r t th p n m c th c t không áng k (lư ng phóng x vư t m c trung bình m i ngày v i m t ngư i công nhân t i kho ch t th i m c th p g n Sellafield, ch ng h n, là vào b c tương ương v i vi c ăn m t qu h ch Brazil m i ngày!). Th t áng ti c, nư c Anh, ch ng h n, ã th t b i trong vi c th c hi n nhi u ti n b ti n t i vi c xây d ng các kho a ch t sau cùng cho ch t th i h at tính phóng x cao c a mình, ch m i có quy t nh vào cu i năm ngoái r ng ây là cách t t nh t x lí các ch t như th . ây là m t thách th c mang tính chính tr ch không ph i kĩ thu t, và m t thách th c n a là có nên xây d ng thêm các nhà máy i n h t nhân hay không. Tương ng là cho dù b n ng h i n h t nhân hay ch ng l i nó, thì ch t th i hi n có ph i ư c x lí th u áo và nó s v n t n t i g n như cùng b c l n ngay c n u như chúng ta không xây d ng thêm nhà máy i n h t nhân nào. Ch t th i m c th p như găng tay và qu n áo cũ c a công nhân làm vi c t i nhà máy i n h t nhân ư c t trong m t cái thùng trư c khi mang i óng gói c t i (hình bên trái), còn ch t th i m c trung bình như l p b c nhiên li u ư c gói g n trong bê tông (hình gi a). Ch t th i m c cao, g m các s n ph m phân h ch và các nguyên t siêu uranium, ư c tráng men, t vào trong m t cái hũ thép không g (hình bên ph i), r i chôn trong h m m kĩ thu t. Tóm lư c v i n h t nhân • Nhà máy i n h t nhân thương m i u tiên m c a Anh năm 1956 và ngày nay có trên 400 là ph n ng ang ho t ng trên kh p th gi i. © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 10/11
a s các nhà máy này là lò ph n ng nư c nh , trong ó nư c ư c s • d ng v a làm l nh lò ph n ng (t ó trích l y năng lư ng làm quay tuabin) v a i u ti t neutron gi i phóng trong s phân h ch. • T o ra m t lư ng r t l n năng lư ng mà không phát sinh ch t khí nhà kính nào, i n h t nhân có th gi m t vai trò quan tr ng trong cu c chi n ch ng l i s m lên toàn c u. • M c dù b ngăn tr b i hình nh ch t th i phóng x , nhưng i n h t nhân m t l n n a ã tr l i chương trình ngh s c a m t s nư c, trong ó có Anh. • Các th h lò ph n ng h t nhân k ti p s an toàn hơn và có tính thương m i hơn các m u hi n có và cũng s t o ra ít ch t th i hơn. Paul Norman (Physics World, tháng 7/2007) hiepkhachquay d ch (An Minh, ngày 07/07/2007, 11:02:35 AM) © hiepkhachquay Cách nhìn m i v năng lư ng h t nhân | Trang 11/11