intTypePromotion=1
ADSENSE

TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC " NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN, BẠN HAY THÙ ? "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

351
lượt xem
98
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sức sống của nền văn minh chúng ta hiện nay đang dựa vào các quá trình không tái tạo, luôn gắn liền với việc sản xuất và tiêu thụ với nhịp độ ngày càng cao điện năng và các dạng nhiên liệu khác nhau cho các phương tiện vận tải đủ loại. Trữ lượng khai thác các nhiên liệu này như dầu mỏ, khí tự nhiên, than, dù có lớn đến đâu thì giờ đây có vẻ như cũng chỉ đảm bảo cho sự tồn tại của nền văn minh đó không quá 20 - 50 năm nữa, trong điều kiện không có những chấn...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC " NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN, BẠN HAY THÙ ? "

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ÑEÀ TAØI : TS. Lê Văn Hoàng GVHD : Hà Cẩm Ân SVTH : Trần Thị Hồng Giang Võ Thị Ngọc Lý Nguyễn Thị Tường Minh TP. HỒ CHÍ MINH Tháng 5 năm 2009
  2. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù LỜI GIỚI THIỆU Sứ c sống của nền văn minh chúng ta hiện nay đang dựa vào các quá trình không tái tạo, luôn gắn liền với việc sản xuất và tiêu thụ với nhịp độ ngày càng cao đ iện năng và các dạng nhiên liệu khác nhau cho các phương tiện vận tải đủ loại. Trữ lượng khai thác các nhiên liệu này như dầu mỏ, khí tự nhiên, than, dù có lớn đến đ âu thì giờ đ ây có vẻ như cũng chỉ đ ảm bảo cho sự tồn tại của nền văn minh đó không quá 20 - 50 năm nữa, trong điều kiện không có những chấn động chính trị và kinh tế. Đó là chưa nói tới những thay đổi khôn lường về hoạt động của sinh quyển nói chung, các thảm họa sinh thái cục bộ và thay đổi khí hậu. Không có cuộc cải cách chính trị và kinh tế nào có thể giải quyết được những vấn đ ề đ ang đ ến gần n ếu như chúng ta không có trong tay m ột ngành năng lượng hữu hiệu - trái tim của nền kinh tế. Cần nghiên cứu triển khai và áp dụng các nguyên lý và phương pháp khai thác năng lượng mà không can thiệp quy mô lớn vào các chu trình sinh quyển. Trước tình hình đó, không ít nhà khoa họ c tìm đ ến nguồn năng lượng h ạt nhân và khẳng đ ịnh hạ t nhân chính là giải pháp hữu hiệu nhất cho vấn đề khủng hoảng n ăng lượng trên Trái Đất, h ạt nhân là giải pháp b ảo vệ môi trường, là cách giảm khí th ải gây hiệu ứng nhà kính. Ngành năng lượng hạt nhân phát triển sẽ cho phép dành riêng nguồn hữu cơ cho việc thỏa mãn nhu cầu nhân lo ại về năng lượng hóa học, quần áo, thực ph ẩm, vật liệu xây dựng, v.v. Thêm vào đó là nhiên liệu h ạt nhân không cháy, nó biến thành các sản phẩm phân hạch, trong số đó có những nuclêit rất giá trị cho nền văn minh k ỹ thuật gien - từ các kim lo ại kiềm đ ến các kim loại quý và các chất khí. Sử dụng năng lượng hạt nhân mở ra mộ t quá trình tiến hóa, trong đó bao gồm cả cuộc cách m ạng kỹ thuật mới dẫn tới cơ sở mới về công nghệ và năng lượng cho nền kinh tế. Hiện nay, n ăng lượng hạt nhân càng ngày càng được xem như công n ghệ năng lượng cận tái tạo. Trong hệ thống năng lượng mới có th ể chấp nhận cho việc sử dụng lâu dài và quy mô lớn, năng lượng h ạt nhân sẽ thự c hiện vai trò không chỉ của nguồn năng lượng hiệu quả cao, mà còn có chức năng kiểm soát mức phát th ải CO2 vào khí quyển và mứ c phóng xạ cần thiết. Trang 1
  3. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù Ngược lại, có những ý kiến chống đố i lại lên án các lò ph ản ứng nguyên tử là n guy cơ tiềm tàng dẫn đ ến chỗ phá hủ y môi trường sống... và vụ nổ nhà máy điện n guyên tử Chernobyl năm 1986 đã là giọt nước làm tràn ly. Mặc dù n ăng lư ợng hạt nhân mang lại hiệu quả kinh tế cao nhưng các Chính phủ đ ều biết hiểm ho ạ n ếu có sự cố xảy ra. Vì vậy, những người ủng hộ và phản đối sử dụng năng lượng h ạt nhân vẫn tiếp tục có những tranh luận về vấn đề này và dường như khó đạt được sự đồng thuận. Những người ủng hộ cho rằng công nghệ năng lượng h ạt nhân hầu như không phát tán chất gây nhiễm không khí vì ít chất th ải hơn nhiều so với các nhà m áy ch ạy bằng nhiên liệu than, khí, d ầu mà hiệu quả kinh tế lại hơn nhiều. Ngược lại, những người tham gia chiến dịch chố ng hạt nhân quả quyết rằng lợi ích về chi phí không là gì so với các mố i lo ngại về an toàn liên quan đ ến ch ất thải hạt nhân trước m ắt cũng như lâu dài, ảnh hưởng đến tính m ạng con người... Tóm lại “Năng lượng hạt nhân- Bạn hay thù?” đó là câu hỏi bỏ lững. Là vấn đề cự c n óng bỏng hiện nay,đã được không ít các nhà khoa h ọc và sinh viên quan tâm. Biết được điều đó nhóm chúng tôi quyết đ ịnh chọn đề tài này: Năng lượng hạt nhân-Bạ n hay thù. Hy vọ ng sẽ đ áp ứng được phần nào nhu cầu đó củ a các bạn sinh viên hiện nay. Trong đ ề tài này nhóm chúng tôi cùng các b ạn sẽ đi sâu tìm hiểu nguồn năng lượng này với 3 vấn đề lớn:  Những kiến thứ c cơ b ản về năng lượng hạt nhân.  Vì sao năng lượng h ạt nhân được đánh giá là nguồn năng lượng của tương lai.  Vì sao nó cũng là mối nguy hiểm với con người. Hy vọng sau khi cùng chúng tôi nghiên cứu 3 vấn đề trên bạn sẽ có được câu trả lời cho riêng mình về vấn đề cự c h ot n ày nhé. Tên thành v iên trong nhóm: Hà Cẩm Ân Trần Th ị Hồng Giang Võ Th ị Ngọc Lý Nguyễn Thị Tường Minh Trang 2
  4. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ......................................................................................... 1 MỤC LỤC ................................................................ ................................ .... 3 AĐẠI CƯƠNG VỀ NĂNG LƯ ỢNG HẠT NHÂN....................................... 5 I..Lịch sử năng lượng h ạt nhân: ................................................................. 5 II.Kiến thức cơ bản: .................................................................................. 6 1 ./Cấu tạo hạt nhân: ............................................................................... 6 2 ./Quan hệ giữa năng lượng và khối lượng ............................................ 7 3 ./Phản ứng hạt nhân: ............................................................................ 8 a./Ph ản ứng nhiệt hạch ....................................................................... 9 b ./Phân hạch và phản ứng dây chuyền .............................................. 11 B NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN ............................ 12 I.Năng lượng hạt nhân: Nguồn năng lư ợng của tương lai......................... 12 1 ./Năng lượng hạt nhân-giải quyết các vấn đề môi trường, kinh tế, tình trạng “khát” năng lượng. ................................................................................ 12 2 ./Nhà máy điện nguyên tử ................................ ................................ .. 14 a./Khái niệm: ................................................................................... 14 b ./Lịch sử p hát triển điện hạt nhân(ĐHN) trên thế giới đã trải qua các giai đoạn sau: .............................................................................................. 15 -Giai đoạn những năm 1950 -1960: ...................................................... 15 -Giai đoạn 1970-1980: ................................................................ ......... 15 -Giai đoạn từ đầu thế kỷ XXI tới nay: .................................................. 16 c./Tình hình phát điện bằng năng lư ợng hạt nhân ............................. 16 d./Xu thế điện hạt nhân trên thế giới ........................................... 17 II.Năng lượng hạt nhân -giá ph ải trả q uá đắt:............................................ 22 1 ./Vụ nổ lò phản ứng hạt nhân Chernobyl năm 1986: .......................... 22 a./Hậu quả:....................................................................................... 22 b ./Hướng kh ắc phục: ................................ ........................................ 25 Trang 3
  5. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù 2 ./Chiến tranh hạt nhân: ....................................................................... 26 a./Vũ khí h ạt nhân ............................................................................ 26 b ./Hậu quả: ...................................................................................... 31 C.TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯ ỢNG HẠT NHÂN: .................. 33 I.Châu Á: ................................................................................................ 34 II.VIỆT NAM: ........................................................................................ 36 III.QUẢN LÝ CHẤT TH ẢI: ................................................................ ... 40 KẾT LUẬN ................................................................................................ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 43 Trang 4
  6. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù A. ĐẠI CƯƠNG VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN I. Lịch sử năng lượng hạt nhân: Lịch sử của năng lượng h ạt nhân khởi đầu với việc xây dựng mô hình nguyên tử. Năm 1912, nhà vật lý Ernest Rutherford (1871 - 1937) người Anh, sau khi phát hiện ra hạt nhân nguyên tử đã cùng với nhà vật lý Niels Bohr (1885 - 1962) ngư ời Đan Mạch đề xu ất một mô hình nguyên tử: Nguyên tử gồm một hạt nhân tích điện dương được bao quanh bởi các electron. Năm 1913, Rutherford phát hiện ra proton. Năm 1932, nhà vật lý James Chadwick (1891 - 1974) người Anh phát hiện ra nơtron. Năm 1939, nhà vật lý Frederic Joliot-Curie (1900 - 1958) người Pháp cùng với các trợ lý là Lew Kowaski và Hans Von Halban đã ch ứng minh rằng hiện tượng phân rã hạt nhân (phân h ạch) uran i kéo theo sự to ả nhiệt rất lớn. Việc phát hiện ra phản ứng dây chuyền sau này cho phép khai thác năng lượng hạt nhân. Trong th ời gian Đại chiến thế giới lần thứ II (1939-1945), các nghiên cứu về hiện tượng phân hạch được tiếp tụ c tiến hành ở Mỹ, với sự tham gia củ a các nhà khoa học từ Châu Âu di cư sang đó. Kế hoạch Mahattan được phát động với mụ c đích chế tạo vũ khí hạt nhân mà h ệ quả là các vụ nổ hạt nhân (bom nguyên tử) ở hai thành phố Hiroshima và Nagasaki (Nhật Bản) vào tháng 8 năm 1945. Ngay sau chiến tranh, những nghiên cứu về năng lư ợng phân hạch được tiếp tụ c tiến hành để sử dụng vào mục đích dân sự. Ở Pháp, Ủy hộ i năng lượng nguyên tử Pháp (Commissariat à l'Énergie Atomique CEA) đư ợc thành lập vào năm 1945. Nhiệm vụ củ a Cơ quan nghiên cứu này là giúp nước Pháp làm chủ Trang 5
  7. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù được nguyên tử trong các lĩnh vự c nghiên cứu, y tế, năng lượng, công nghiệp, an ninh và quố c phòng. II. Kiến thức cơ bản: 1./ Cấu tạo hạ t nhân: - Theo giả thiết của Ivanenko -Haidenbec đưa ra năm 1932 th ì hạt nhân nguyên tử cấu tạo bởi hai loại hạt sau:  Proton (ký hiệu p) là h ạt mang điện dương, về trị số tuyệt đối bằng điện tích nguyên tố e củ a electron (1,6.10-19C ), có khố i lượng ngh ỉ mp=1,67252.10-27 kg.  Nơ tron (ký hiệu là n) là hạt không mang điện, có khối lượng nghỉ mn=1,67482.10-27 kg. - Hai loại hạt proton và notron có tên gọi chung là nuclon. Số proton trong h ạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng tuần hoàn Mendeleep. Điện tích của hạt nhân là +Ze. Tổng số các nuclon trong hạt nhân gọi là số khối lượng (ký hiệu A ). Như vậy số notron trong hạt nhân là N=A-Z.Người ta thường ký hiệu hạt nhân nguyên tử là ZA X . Trong nguyên tử, hầu như toàn bộ khối lượng đều tập trung ở hạt nhân vì khố i lượng của các electron là quá bé so với khối lượng hạt nhân. Có thể coi hạt nhân nguyên tử như một quả cầu bán kính R. Người ta thấy rằng, R phụ thuộc vào số khối theo công thức: R=1,2.10-15A1/3 (m) - Trong h ạt nhân, các nuclon tương tác nhau bằng lực hút, gọi là lực hạt nhân. Lực hạt nhân không phài là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích của nuclon. So với lực điện từ và lực hấp dẫn, lực hạt nhân có cường độ rất lớn (còn gọi là lực tương tác m ạnh) và chỉ có tác dụng khi hai nuclon cách nhau một khoảng rất ngắn, bằng hoặc nhỏ hơn kích thước hạt nhân. Điều đó có nghĩa là, bán kính tác d ụng của lực hạt nhân khoảng 10-15 m. Muốn tách nuclon ra khỏi hạt nhân, cần phải tốn năng lư ợng để thắng lực hạt nhân. Trang 6
  8. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù 2./ Quan hệ g iữa năng lượng và khối lượng - Bằng những k ỹ thuật chính xác, người ta có th ể đo khối lượng của một hạt nhân, của mộ t proton hoặc mộ t nơtron riêng lẻ. Người ta đã chứng minh rằng khối lượng m của h ạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn khối lượng tổng của các nuclon một lượng m =Zm p +(A-Z)m n,  m được gọi là độ hụt khối cùa h ạt nhân. - Theo định luật b ảo toàn khối lượng, đây là vấn đ ề không thể ch ấp nhận được. Vậy khố i lượng thiếu h ụt đó đi đâu? - Thự c ra kh ối lượng đó không mất đi, mà tồn tại ở dạng năng lượng. Công thức nổi tiếng của Albert Einstein (1879 - 1955) E = mc2 cho phép xác định năng lượng này. Trong công thức này, E là năng lượng, m là khối lượng, và c là vận tốc ánh sáng trong chân không (300.000 km/s). - Trong trường hợp thiếu hụt khố i lượng nêu trên, năng lư ợng tương ứng bằng độ hụt khối nhân với c2. Năng lượng này đư ợc gọi là năng lượng liên kết, có giá trị bằng năng lư ợng cần cung cấp cho hạt nhân để tách nó ra thành các nucleon riêng rẽ. W lk  mc 2 - Năng lượng liên kết đối với một nucleon (tương ứng với mức thiếu hụt khối lư ợng đối với nucleon đó) không có cùng giá trị đối với tất cả các hạt nhân. Năng lượng đó nhỏ đối với các hạt nhân nhẹ (ví dụ nh ư: natri, nhôm), tăng dần lên cho đến các hạt nhân trung b ình vào khoảng 56 (sắt), sau đó giảm dần. Sự biến đổi đó của năng lượng liên kết chứng tỏ rằng các nguyên tử liên kết chặt ch ẽ nhất là các nguyên tử trung b ình. Mức hụt khối lượng của chúng đối với một nuclon là lớn nhất. Do đó, tất cả những biến đổi có xu hư ớng tạo ra các hạt nhân trung bình cho phép giải phóng năng lư ợng hạt nhân. Những sự biến đổi ấy gọi là phản ứng hạt nhân. Trang 7
  9. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù 3./ Phản ứng hạt nhân: - Ph ản ứng hạt nhân là một quá trình vật lý, trong đấy xảy ra tương tác mạnh của hạt nhân với một hạt nhân khác hoặc với một nuclon ở khoảng cách nhỏ khoảng fm, qua quá trình này h ạt nhân nguyên tử thay đổi trạng thái ban đầu (thành phần, năng lượng...) hoặc tạo ra hạt nhân mới hay các hạt mới và giải phóng ra năng lượng. Chính nhờ các phản ứng hạt nhân mà con người ngày càng hiểu biết sâu sắc hơn về cấu trúc vi mô của th ế giới vật chất muôn hình muôn vẻ. Ví dụ: bắn phá hạt nhân nguyên tử liti 6Li bằng hạt h ydro 2H được 2 nguyên tử heli 4He và giải phóng 22,4 MeV 6 Li + 2H → 2 4He + 22,4 MeV Lượng năng lư ợng giải phóng được tính theo định luật bảo toàn năng lượng - khối lượng, phương trình: E = m.c2: mLi = 6,015 u, mHe = 4,0026 u và mH = 2,014 u chênh lệch khối lượng Δm = mLi + m H - 2.mHe = 0 ,0238 u → năng lượng giải phóng = năng lượng chênh lệch ΔE = Δm.c2 = 22,4MeV - Có hai loại ph ản ứng hạt nhân giải phóng năng lượng: + Tổng hợp nh ững hạt nhân rất nhẹ thành một h ạt nhân trung bình.Vì sự tổng h ợp hạt nhân ch ỉ có thể xảy ra ở nhiêt độ cao nên phản ứng này gọi là ph ản ứng nhiệt hạch. Từ 30 năm nay, nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đ ã tiến hành nghiên cứu việc tổng hợp hai hạt nhân nhẹ, ví dụ các h ạt nhân của đơteri và triti là hai đồng vị nặng củ a hyđro. Tuy nhiên cho đến nay, vẫn chưa ứng dụng được việc tổng hợp hạt nhân này vào công nghiệp đ ể sản xuất điện năng. 1 H  1 H  2 He  01n 3 4 1 Phản ứng này tỏ a ra năng lượng kho ảng 18 MeV. Trang 8
  10. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù +Phân hạch hay phá vỡ mộ t hạt nhân rất nặng thành hai hạt nhân trung bình. Trên trái đất, phản ứng phân h ạch d ễ thực hiện hơn phản ứng nhiệt h ạch. Phản ứng này phá vỡ các hạt nhân nặng như urani 235 hoặc plutoni 239. 1 235 U  38 Sr  140 Xe  2 01n 94 n 0 92 54 Phản ứng tỏa năng lượng kho ảng 185 MeV. Năng lượng phân hạch giải phóng ra được sử dụng trong các lò ph ản ứng hạt nhân. Hiện nay, các lò phản ứng h ạt nhân sản xuất 1/6 điện năng tiêu thụ trên thế giới, 1/3 điện năng tiêu thụ ở Châu Âu và 3/4 điện năng tiêu thụ ở Pháp. a./ Phản ứng nhiệt hạ ch Phản ứng nhiệt h ạch hay tổng h ợp nhiệt h ạch là việc kết h ợp các h ạt nhân nh ẹ đ ể tạo nên các hạt nhân trung bình (giữ a hêli, nguyên tử lượng là 4 và sắt, nguyên tử lượng là 56). Phản ứng này kéo theo sự giải phóng năng lư ợng rất lớn. Phản ứng này rất khó th ực hiện b ởi vì lực hạt nhân, có tác dụng kéo lại gần nhau và liên kết các nucleon ch ỉ tác động ở kho ảng cách rất ngắn, trong khi đó lực điện tạo nên hàng rào đ ẩy, ngăn không cho các h ạt nhân nguyên tử tích điện dương lại gần nhau. Muốn vượt qua đư ợc hàng rào này, các hạt nhân phải ở trong trạng thái chuyển động hết sức hỗn loạn. Đó là trường hợp khi chúng bị đưa lên nhiệt độ rất cao  Tổ ng hợp trong tự nhiên: Trong tự nhiên, tổng h ợp hạt nhân tồn tại trong các môi trường có nhiệt độ cự c 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 h ạt nhân nhẹ như hạt nhân Trang 9
  11. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù h yđrô thành h ạt 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. Mộ t ph ần nhỏ củ a năng lượng bứ c xạ từ mặt trời đi đến trái đất. 11H  1 H  24 He  01n 3 Trên những ngôi sao có khối lượng lớn hơn mặt trời, nhiệt độ còn cao hơn nữ a cho phép tổng hợp những h ạt nhân n ặng hơn hyđrô. Những h ạt nhân đó tạo nên các h ạt nhân của cacbon, oxy và cả của sắt nữa trong lòng các ngôi sao nóng nh ất.  Tổ ng hợp trên trái đất: Con ngư ời tìm cách làm chủ các ph ản ứng tổng hợp trên trái đất nh ằm khai thác nguồn năng lượng cự c lớn đó. Ngư ời ta đã làm chủ được nhữ ng phản ứng này trong bom H (bom hyđrô), nhưng chưa thể chế ngự chúng đ ể sản xuất điện năng. Phản ứng được nghiên cứu nhiều nhất cho mụ c đích dân sự là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân đồng vị của hyđro là đơteri và triti kết hợp lại thành mộ t hạt nhân nặng hơn là hạt nhân của nguyên tử hêli. Để đạt tới nhiệt độ rất cao và mật đ ộ h ạt nhân đủ lớn đ ể n âng xác suất chúng gặp nhau, cần phải giải quyết nhiều vấn đ ề k ỹ thuật hết sức phức tạp.  Hai hướng nghiên cứu được tiến hành trong phòng thí nghiệm - Với nồng độ nhỏ, hỗn hợp đồng vị khí hyđro (đơteri và triti) có thể chứa được bên trong những vách ngăn vô hình tạo nên bởi từ trường. Các hạt nhân được đưa lên nhiệt độ trên 100 triệu độ trong thiết bị tổng h ợp kiểu Tokamak. Trang 10
  12. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù - Với nồng độ lớn, hỗ n h ợp đồng vị h yđro được chứa trong một viên bi rất nhỏ được chiếu bởi những chùm tia laser rất mạnh (xem Thông tin Khoa học công nghệ Điện, số 3/2006). b./ Phân hạ ch và phản ứng dây chuy ền Phân hạch xảy ra khi một hạt Hình A.1 Sự nhân nặng (ví dụ hạt nhân nguyên phân hạch 235 tử 235U ) b ị va đập bởi một nơtron th ì U của tách thành hai hạt nhân nhỏ hơn. Phản ứng phân hạch hạt nhân – còn gọi là phản ứng phân rã nguyên tử - là một quá trình vật lý hạt nhân và hoá học hạt nhân m à trong đó hạt nhân nguyên tử bị phân chia th ành hai ho ặc nhiều hạt nhân nhỏ h ơn và vài sản phẩm phụ khác. Vì th ế, sự phân hạch là một dạng của sự chuyển hoá căn bản. Các sản phẩm phụ bao gồm các hạt nơtron, photon tồn tại dưới dạng các tia gama, tia beta và tia alpha. Sự phân hạch 235 của các nguyên tố nặng( ví dụ U ) là một phản ứng toả nhiệt và có thể giải phóng một lượng năng lượng đáng kể dư ới dạng tia gama và động năng của các hạt đư ợc giải phóng (đốt nóng vật chất tại nơi xảy ra phản ứng phân hạch) đồng thời có hai hoặc ba n ơtron đư ợc tạo ra. Các nơtron này đến lượt chúng lại gây ra sự phân hạch của các hạt nhân khác và quá trình đó cứ thế tiếp diễn. Nh ư vậy là xu ất phát từ một sự phân hạch trong khối urani, nếu ta không khống chế các nơtron, thì có thể sinh ra ít nhất là hai sự phân hạch, rồi 4, 8, 16, 32 . Những phân hạch thành chuỗi như vậy được gọi là phản ứng dây chuyền. Trang 11
  13. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù 1 n  235U  94 Sr  140 Xe  2 01n v 0 92 38 54 Hai ứng dụng chủ yếu của ph ản ứng dây chuyền là lò phản ứng hạt nhân và bom h ạt nhân. Trong lò phản ứng hạt nhân, ph ản ứng dây chuyền được giữ ổn định ở mức đ ã đ ịnh, có nghĩa là mộ t ph ần lớn nơtron b ị bắt giữ lại, đ ể không sinh ra phân h ạch. Mỗi lần phân h ạch chỉ cần một nơtron gây ra m ột phân h ạch mới để giải phóng năng lượng liên tụ c.Nhiên liệu phân hạch trong phần lớn các 235 239 lò phản ứng hạt nhân là Pu .Còn đối với bom hạt nhân, phản ứng U hay dây chuyền phải thật m ạnh trong thời gian ngắn nh ất. B. NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN I. Năng lượng hạt nhân: Nguồn năng lượng của tương lai Trong khi nhu cầu sử dụng nguồn năng lư ợng phục vụ sản xuất đời sống n gày càng cao, nguồn nguyên liệu hoá thạch, dầu thô, than đá, khí đốt... ngày càng khan hiếm, giá cả n gày càng tăng buộc nhiều Chính phủ tìm đến ngu ồn năng lượng h ạt nhân thay thế cho các nguồn nguyên liệu khác. Giá trị kinh tế đem lại từ năng lượng hạt nhân không nhỏ n ên các Chính ph ủ vẫn xác đ ịnh năng lượng hạt nhân vẫn là nguồn năng lượng của tương lai 1./ Năng lượng hạt nhân-giải quyết các vấn đề môi trường, kinh tế, tình trạng “khát” năng lượng. Hiện nay giá dầu thô đ ạt đ ến mứ c k ỷ lục từ trước đ ến nay. Nếu như, bước vào đầu năm 2004, giá dầu 28 USD/1 thùng, đến tháng 8/2004 đã trên 41 USD/1 thùng thì đến nay đã là trên 50 USD/1 thùng. Bên cạnh đó, vấn đề khí thải do sử dụng nhiên liệu hoá thạch ở các nhà máy nhiệt điện để sản xuất điện cũng là một trở n gại. Theo ngh ị định thư Kyoto được ký năm 1997, đ ến năm 2010 các nước công n ghiệp hoá sẽ phải giảm 5,2% tổng lượng khí gây hiệu ứng nhà kính so với năm Trang 12
  14. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù 1990 vì những khí này bị nghi là gây nên hiện tượng ấm lên toàn cầu. Chính vì những lý do trên đã đe do ạ đến an n inh năng lượng, làm thiệt hại về kinh tế đối với nhiều nước. Phụ thuộc nguồn dầu mỏ, khí đố t, than đá từ b ên ngoài buộc Chính phủ các nư ớc phải suy nghĩ nghiêm túc đến nguồn năng lượng hạt nhân. Theo báo cáo thường niên của IAEA, năm 2003 năng lượng h ạt nhân đ ã cung cấp 16% sản lượng điện toàn cầu. Vào cuối năm 2003, trên toàn thế giới có 439 nhà máy điện h ạt nhân đ ã đ i vào hoạt động. Độ an toàn của các nhà máy điện h ạt nhân, các thiết bị có liên quan liên tục được tăng cường kiểm soát, cho nên sự cố về phát điện hạt nhân trên toàn th ế giới xảy ra không đáng kể. Cuố i năm 2004, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ thông báo 2 lò phản ứng hạt nhân sẽ được lắp đặt ở North Anan, Virginia và 1 tháng sau u ỷ ban điều hành h ạt nhân kiến n ghị được cấp giấy phép. Điều này thể hiện sự thay đổi hoàn toàn về nguyên tắc chính sách không chấp thuận xây d ựng năng lượng hạt nhân m ới sau sự cố Three Mile lsland năm 1979 tồn tại dài hàng thập kỷ qua ở Mỹ. Còn Pháp, nơi nguồn năng lượng hạt nhân cung cấp tới hơn 80% lượng điện năng, gần đây Chính phủ n ước n ày cũng đã bỏ ra 3 tỷ Euro đ ầu tư k ỹ thuật an toàn vào các dự án này. Theo Công ty Điện lực Pháp, các nhà máy ch ọn điện hạt nhân tương lai sẽ an toàn hơn, rẻ hơn và thân thiện hơn với môi trường so với các nhà máy điện hạt nhân hiện có. Tiếp đó là hàng loạt các nư ớc cũng đưa ra quyết định lựa chọn điện hạt nhân trong hoàn cảnh giá d ầu cao, trữ lượng dầu và khí đang ít đi cũng như trở ngại trong việc phát triển năng lư ợng tái tạo. Hiện Trung Quố c có kế hoạch tới năm 2020 xây thêm 20 lò phản ứn g h ạt nhân mới. Rõ ràng là trong tình hình hiện nay, lợi ích kinh tế bắt đầu vượt qua các quan ngại về an toàn của các nhà máy điện h ạt nhân. Trước xu th ế xây dựng các nhà máy điện hạt nhân đang phát triển, các nhà môi trư ờng đã đưa ra đề xu ất cần xây dựng mô hình cho n ăng lượng tái tạo. Nguồn n ăng lượng tái tạo: năng lượng m ặt trời, gió, sóng, thu ỷ triều; năng lượng sinh khối và đ ịa nhiệt. Ưu thế hàng đầu của các nguồn năng lượng tái tạo nêu trên là không gây ra hiệu ứng nhà kính và các loại khí th ải khác so với việc đốt nhiên liệu hoá th ạch. Cũng nên nhớ rằng là các nguồn năng lượng thân thiện về môi trường đôi khi Trang 13
  15. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù lại có h ại cho môi trường. Ví dụ: tuabin gió gây ra nh ững tiếng ồn đối với cư dân sống gần đó và có thể gây nguy hiểm cho những quần th ể chim chuyển hư ớng theo mùa; các đập thu ỷ điện có th ể tạo nên các rào cản cho các loài cá di cư. Mặt khác, các nguồn năng lượng tái tạo cung cấp năng lượng cường độ thấp hơn, chi phí sản xuất điện từ các nguồn tái tạo khá cao chưa thể cạnh tranh được trong việc cung cấp phụ tải v.v. Vấn đề: Mặc dù năng lư ợng hạt nhân mang lại hiệu quả kinh tế cao nhưng các Chính phủ đều biết hiểm ho ạ nếu có sự cố xẩy ra. Vì vậ y, những người ủng hộ và phản đối sử dụng năng lượng h ạt nhân vẫn tiếp tụ c có những tranh lu ận về vấn đ ề n ày và dư ờng như khó đ ạt được sự đồng thuận. Những người ủng hộ cho rằng công nghệ năng lượng h ạt nhân h ầu như không phát tán chất gây nhiễm không khí vì ít chất thải hơn nhiều so với các nhà máy chạy bằng nhiên liệu than, khí, dầu mà h iệu quả kinh tế lại hơn nhiều. Ngược lại, những người tham gia chiến dịch chống h ạt nhân quả quyết rằng lợi ích về chi phí không là gì so với các mối lo ngại về an toàn liên quan đến chất th ải hạt nhân trước mắt cũng như lâu dài, ảnh hưởng đ ến tính m ạng con người... 2./ Nhà máy điện nguyên tử a./ K hái niệm: Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân là một nhà máy tạo ra điện năng ở quy mô công nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhân . Các lo ại máy điện nguyên tử phổ Hình B.1 Nhà máy điện hạt nhân b iến hiện nay thự c tế là nhà máy nhiệt điện, chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phân hủ y hạt nhân thành điện năng. Đa số thực hiện phản ứng dây chuyền có điều khiển trong lò phản ứng nguyên tử phân Trang 14
  16. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù hủ y hạt nhân với nguyên liệu ban đầu là đ ồng vị Urani 235 và sản phẩm thu được sau ph ản ứng thường là Pluton, các neutron và năng lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt lượng n ày, theo h ệ thống làm mát khép kín (để tránh tia phóng xạ rò rỉ ra ngoài) qua các m áy trao đổ i nhiệt, đun sôi nước, tạo ra hơi nước ở áp su ất cao làm quay các turbine h ơi nước, và do đó quay máy phát điện, sinh ra điện năng. Khi quá trình sản xu ất và xử lý chất thải được bảo đ ảm an toàn cao, nhà máy đ iện nguyên tử sẽ có thể sản xuất năng lượng điện tương đối rẻ và sạch so với các nhà máy sản xuất điện khác, đặc biệt nó có thể ít gây ô nhiễm môi trư ờng hơn các nhà máy nhiệt điện đốt than h ay khí thiên nhiên. b./ Lịch sử phát triển điện hạt nhân(ĐHN) trên thế giới đã trải qua các giai đoạn sau: -Giai đoạ n nhữ ng năm 1950-1960: Là giai đoạn khởi đầu, khi công nghệ chưa được thương mại hoá. Điện lần đ ầu tiên được sản xuất bằng năng lượng h ạt nhân vào ngày 20/12/1951 tại lò thử n ghiệm EBR-1 củ a Mỹ và th ắp sáng đư ợc bốn bóng đèn. Tổ máy ĐHN đầu tiên là lò graphit nước nhẹ 5MW(e) tại Obninsk của Nga, bắt đầu hoạt động năm 1954 và n gừng hoạt động ngày 30/4/2002. Calder Hall tại Anh là nhà máy ĐHN quy mô công nghiệp đ ầu tiên trên th ế giới bắt đầu vận hành năm 1956 và đóng cử a tháng 3 /2003. Phát triển ĐHN chủ yếu nhằm m ục tiêu phát triển khoa học, công nghệ và xây dựng tiềm lực h ạt nhân b ảo đảm an ninh quốc gia. -Giai đoạn 1970-1980: Giai đoạn này nhiều quốc gia đ ẩy Hình B.2 Nhà máy điện hạt nhân ở Nhật nhanh tốc độ phát triển ĐHN khi công n ghệ đã được thương mại hoá cao và do khủng hoảng dầu mỏ. Tỷ trọng ĐHN toàn Trang 15
  17. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù cầu tăng gần hai lần, từ 9% lên 17%. Lò Unterweser 1.350 MWe ở Đức bắt đ ầu sản xuất điện từ năm 1978 và đ ến nay tổng sản lượng điện là 221,7 tỷ KWh, nhiều h ơn so với b ất kỳ lò nào khác. Bước vào thập niên 1980 và 1990, sau sự cố Chernobyl, sự phản đối của công chúng, các yếu tố chính trị và sự cạnh tranh yếu về kinh tế do việc tăng cao các yêu cầu về an toàn đã làm cho tốc độ xây dựng điện hạt nhân giảm mạnh, một số nước có chủ trương lo ại bỏ ĐHN như Đứ c và Thu ỵ Điển. -Giai đoạn từ đầu thế kỷ XXI tới nay: Khi an ninh năng lượng có ý nghĩa quyết định và công ngh ệ ĐHN ngày càng được nâng cao thì xu hư ớng phát triển ĐHN đã có những thay đổi tích cực. Tầm nhìn 2020 của Mỹ về phát triển ĐHN đề nghị tăng 10.000MW cho 104 nhà máy ĐHN hiện có. Anh quay trở lại phát triển ĐHN do thiếu hụt năng lượng, trong khi Indonesia đã lập dự án kh ả thi và d ự kiến sẽ đưa tổ m áy ĐHN đầu tiên vào vận hành n ăm 2015.  Ưu điểm: ĐHN cung cấp nguồn năng lượng rẻ tiền, thay th ế đ iện năng được sản xuất từ nhiên liệu hó a thạch. Nó có th ể cung cấp điện năng với giá thấp hơn 50-80% so với các nguồn năng lượng truyền th ống, giải quyết tình trạng thiếu điện cũng như thoả mãn nhu cầu gia tăng trong tương lai. Ngoài ra, lò ph ản ứng hạt nhân thực sự không phát thải khí nhà kính, góp phần kiềm chế nạn ấm hoá toàn cầu và thay đổ i khí h ậu. c./ Tình hình phát điện bằng năng lượng hạt nhân Năm 2003, hai nhà máy điện hạt nhân mới ở Trung Quốc và Hàn Quốc đã được kết nố i với mạng lưới điện. Canađa đã khởi động lại hai nhà máy đã bị đóng cửa. Ấn Độ b ắt đầu xây dựng một nhà máy h ạt nhân mới. Trang 16
  18. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù Các nước Châu Á, vẫn là trung tâm mở rộng và phát triển điện hạt nhân, hiện có 20 trong số 31 lò phản ứ ng đang được xây dựng. Trên th ực tế, 19 trong số 28 lò phản ứng m ới nhất được kết nối vào mạng lư ới điện nằm ở Nam Á và Viễn Đông. Ở Tây Âu, công suất phát điện hạt nhân vẫn tương đối ổn định cho dù có những cắt giảm ở Đứ c và Thụ y Điển; Bỉ đã thông qua lu ật cắt giảm phát điện hạt nhân vào tháng 1/2003. Trong năm 2003, Liên bang Nga vẫn tiếp tục chương trình gia h ạn cấp phép cho 11 nhà máy điện h ạt nhân. Gosatomnadzor, cơ quan quản lý hạt nhân củ a Nga đ ã công bố về việc gia h ạn thêm 5 năm hoạt động cho nhà máy điện hạt nhân Kola1. Các cơ quan quản lý hạt nhân củ a Bungari đ ã cấp loại giấy phép mới có thời h ạn 10 năm cho nhà máy điện h ạt nhân Kozloduy- 4, là lo ại giấy phép đầu tiên có th ời h ạn dài nh ất ở Bungari và sau đó sẽ tiến hành gia hạn thêm 8 năm ho ạt động cho nhà máy Kozloduy-3. Rumani là nước gia h ạn cấp phép hai năm một lần, đã thông qua việc gia h ạn cho nhà máy Cernavoda hoạt đ ộng đến năm 2005. Ở Hoa Kỳ, Ủ y ban Quản lý Hạt nhân (NRC) đã thông qua 9 lo ại giấy gia hạn cấp phép mỗ i lần là 20 năm đối với nhà máy điện hạt nhân có tuổi thọ là 60 năm, n âng tổng số giấy gia hạn cấp phép là 19. Ngoài ra còn thông qua việc nâng công suất cho 8 nhà máy điện hạt nhân, cho phép tăng sản lượng điện tố i đa. Ba công ty đ ã xin cấp giấy phép của NRC xây d ựng tại địa điểm mới, đây là nguồn điện dự trữ đ ể sử dụng trong tương lai. Ở Canada, thời gian gia hạn ngắn do kh ởi động lại mộ t số nhà máy điện hạt nhân đã bị đóng cửa trong những năm gần đây. Hai nhà máy đầu tiên được khởi động lại vào năm 2003. Trong thời gian này, Canada cấp giấy phép gia hạn đến năm 2005 cho 4 nhà máy và đến tận năm 2008 cho 8 nhà máy. d./ Xu thế điện hạt nhân trên thế giới Điện hạt nhân đã có lịch sử 50 năm, đóng góp to lớn cho sự phát triển kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia và góp phần bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, quan điểm của con người hiện vẫn chia thành hai cực: ủng hộ và chống đối. Trang 17
  19. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù  Bức tranh điện hạt nhân toàn cầu Theo thống kê củ a Cơ quan Năng lư ợng Nguyên tử Quố c tế (IAEA), vào cuối năm 2002, toàn th ế giới có 441 nhà máy điện hạt nhân (ĐHN) đang ho ạt động. Những nhà máy này cung cấp 16% tổng sản lượng điện toàn cầu năm 2002, hay 2.574 tỷ kWh. Trong năm 2002, cũng đã có thêm 6 nhà máy ĐHN được đưa vào hoạt động thương m ại, trong đó có 4 ở Trung Quố c, mộ t ở CH Séc và một ở Hàn Quốc. Bảy nhà máy ĐHN khác đ ã được khởi công xây dựng trong Hình B.3 Tình hình phát triển điện hạt nhân ở các nước trên n ăm 2002, trong đó có sáu ở ấn Độ, thế giới (tính đến năm 2005). một ở CHDCND Triều Tiên, đưa tổng số nhà máy đang được xây dựng trên toàn th ế giới là 32. Trong năm 2002, cũng đã có 4 nhà máy ĐHN ngừng hoạt động, với 2 ở Bulgaria và 2 ở Anh. Việc m ở rộng hiện tại cũng nh ư triển vọng tăng trưởng ĐHN trung và dài h ạn tập trung ở châu á. Trong tổng số 32 lò phản ứng hiện đang được xây dựng trên toàn thế giới, 19 nằm tại Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, ấn Độ và CHDCND Triều Tiên. ở châu á, năng lực và công suất ĐHN là lớn nh ất ở Nhật (54 nhà máy) và Hàn Quốc (18 nhà máy). Cả hai nư ớc này đ ều thiếu tài nguyên năng lượng và sự lo ngại về an ninh năng lượng cũng như việc đa d ạng hoá nguồn cung cấp năng Trang 18
  20. Đề tài nghiên cứu khoa họ c: Năng lượng hạt nhân - Bạ n hay thù lượng đã làm cho việc xây dựng các nhà máy ĐHN mới càng trở n ên cạnh tranh h ơn về kinh tế. Tại Tây Âu, có 146 lò phản ứng. Civaux-2 của Pháp là lò mới nh ất gia nhập vào mạng lưới ĐHN từ n ăm 1999. Cùng với sự nâng cấp và mở rộng, tổng công suất chắc chắn sẽ vẫn ở gần mức hiện nay, m ặc dù Bỉ, Đức và Thu ỵ Điển đã quyết đ ịnh loại bỏ ĐHN. Khả năng lớn nhất đối với công suất m ới n ằm tại Phần Lan. Vào tháng 5 /2002, Quốc hội Phần Lan phê chuẩn ''quyết đ ịnh trên nguyên tắc'' củ a chính phủ về xây dựng nhà máy ĐHN thứ năm. Tháng 9/2002, Công ty TVO mời thầu. Đông Âu và các quốc gia thuộ c Liên Xô (cũ) mới độc lập, có 68 nhà máy ĐHN đang ho ạt động và thêm mười nhà máy đang được xây dựng. Tại Nga, có 30 nhà máy ĐHN và b a nhà máy khác đang được xây dựng. Không có nhà máy ĐHN mới nào được triển khai tại Mỹ kể từ năm 1978 m ặc dù nhiều nhà máy, đã ngừng hoạt động, được tái khởi động kể từ năm 1998. Trọng tâm củ a năm 2002, 2003 là gia hạn giấy phép và cải tạo. Chính sách năng lượng mới củ a Mỹ, được tuyên bố vào tháng 5/2001, ủng hộ mở rộng năng lượng h ạt nhân. Tháng 2/2002, Bộ trưởng Năng lượng Mỹ tuyên bố Chương trình ĐHN 2010, với mụ c tiêu sẽ có một nhà máy ĐHN mới đi vào ho ạt động ở nước này trước cuối năm 2010. Chiến lược này còn bao gồm cả sự chấp thuận của Tổng thống Mỹ George W. Bush, tiếp tụ c phát triển địa điểm đổ chất thải hạt nhân ở dãy núi Yucca, b ang Nevada. Qu ốc hội Mỹ cũng đ ã phê chuẩn việc này. ở Canada, việc mở rộng sản xuất ĐHN ngắn hạn có th ể diễn ra dưới hình thức tái khởi động một vài ho ặc tất cả tám nhà máy (trong tổng số 22 nhà máy) hiện đ ã b ị đóng cửa. Tại châu Phi, có 2 nhà máy ĐHN đang ho ạt động và cùng n ằm ở Nam Phi. Tại Mỹ La tinh, có sáu nhà m áy, chia đều cho ba nư ớc Argentina, Brazil và Mexico.  Chống đối và ủng hộ Trang 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2