Lượt xem: 7180 | Gửi lúc: 13:10' 11/12/2011
Bookmark and Share

Nguồn gốc của năng lượng hạt nhân

       Năng lượng hạt nhân được tạo ra như thế nào?

       Về căn bản năng lượng hạt nhân được lấy từ việc chia tách hạt nhân nguyên tử trong lò phản ứng hạt nhân. Có 3 phương pháp chính để có thể lấy được loại năng lượng này: phân hạch hạt nhân, tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ. Tuy nhiên, cho đến nay, chỉ có phương pháp phân hạch hạt nhân là được sử dụng một cách rộng rãi trên toàn thế giới.

Phân hạch hạt nhân còn gọi là phản ứng phân rã nguyên tử. Trong phân rã nguyên tử, hạt nhân nguyên tử bị chia làm hai hoặc nhiều hạt nhỏ hơn và một số phần thừa (neutron, photon...). Quá trình này tỏa ra một lượng năng lượng đáng kể - đây chính là nguồn năng lượng hạt nhân mà chúng ta đang đề cập đến.

Hiện năng phản ứng hạt nhân được sử dụng rộng rãi nhất là chuyển hóa từ đồng vị Uranium 235 lên Uranium 236 rồi phân tách thành Kr 92 và Ba 141. Quá trình này tạo ra một lượng năng lượng vô cùng lớn.

Nói thêm một chút, nhắc đến năng lượng hạt nhân chắc chắn các bạn sẽ nhớ ngay đến vũ khí hạt nhân hay bom nguyên tử. Liên tưởng này là rất có lý khi năng lượng trong hai vấn đề được tạo ra theo một nguyên lý y như nhau.

Trở lại với các lò phản ứng hạt nhân. Thật ra, cách thức hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân không hề phức tạp như các bạn tưởng. Về căn bản, con người sử dụng năng lượng thu được sau các phản ứng hạt nhân, đun nóng nước, tạo ra hơi nước nhằm quay các tuốc bin và tạo ra điện. Quá trình này về căn bản giống hệt nhiệt điện chạy bằng than đang khá phổ biến ở nước ta, chỉ khác là năng lượng hạt nhân lớn hơn rất nhiều lần.

Hiện có 3 công nghệ xây dựng và sử dụng lò hạt nhân khác nhau được sử dụng trên toàn thế giới. Phần lớn các lò hạt nhân hiện nay đều thuộc thế hệ 3 và có rất ít nhà máy điện hạt nhân vẫn còn sử dụng công nghệ thế hệ hai. Các lò phản ứng "đời đầu" đã bị ngừng xây dựng sau thảm họa hạt nhân khủng khiếp ở Chernobyl năm 1986. Mỗi loại lò phản ứng có nguyên liệu, thành phần thiết bị, chất làm lạnh khác nhau nhung gần như hoạt động ở cùng một cơ chế.

Về căn bản, khi một hạt nhân tương đối lớn (Urani 235 hoặc Plutoni 239) hấp thụ notron sẽ tạo ra sự phân hạch nguyên tử. Quá trình phân hạc tách nguyên tử thành 2 hay nhiều hạt nhỏ hơn và "thải" ra động năng kèm theo tia gamma và notron tự do. Các notron này lại bị hấp thụ bởi các nguyên tử phân hạch khác và tạo ra nhiều notron hơn. Quá trình này diễn ra theo cấp số nhân và tạo nguồn năng lượng khổng lồ. Con người kiểm soát quá trình này bằng các sử dụng các chất hấp thụ notron và bộ điều hòa để khống chế, kiểm soát lượng notron tham gia vào phản ứng phân hạch.

Một phần hết sức quan trọng khác của lò hạt nhận là hệ thống làm mát. Hệ thống này có nhiệm vụ giải phóng nhiệt từ quá trình phân rã hạt nhân để sử dụng cho các mục đích khác nhau (tạo điện, lực đẩy...).

Như đã nói ở trên, với mỗi mục đích người ta sử dụng các loại nguyên liệu và hệ thống khác nhau. Ví dụ, nguyên liệu sử dụng trong tàu hải quân, tàu ngầm... sẽ sử dụng Uranium được làm giàu ở mức độ rất cao sẽ làm tăng mật độ năng lượng và tăng hệ số sử dụng của chúng. Tuy nhiên, nó có giá thành đắt hơn và nguy hiểm hơn các lò phản ứng hạt nhân thông thường.

Vì sao con người tranh cái về việc dùng hay không dùng điện hạt nhân?

 Những lợi ích và sự "khủng khiếp" của điện hạt nhân là không phải bàn cãi. Quá trình này đem lại cho con người một lượng năng lượng khổng lồ, sạch và quan trọng hơn, gần như vô tận.

Đầu tiên là về yếu tố "khổng lồ". Một nhà máy điện hạt nhân cỡ lớn như nhà máy điện Fukushima I (vừa bị nổ ở Nhật) có công suất 4,7 GW trong khi thủy điện lớn nhất của Việt Nam chỉ có công suất khoảng 2 GW. Hãy nhớ, Fukushima I chỉ là 1 trong 6 nhà máy điện ở khu vực này của Nhật, diện tích sử dụng của cả 6 nhà máy hạt nhân này vẫn nhỏ hơn thủy điện Hòa Bình của Việt Nam. Hãy nhớ, công trình thủy điện lớn nhất thế giới, đập Tam Điệp của Trung Quốc cũng chỉ có công suất khoảng 18 GW. Hãy nhớ, diện tích của đập này là khoảng 1045 km2, trong khi Fukushima 1 có diện tích chưa đến 1km2.

Hay một ví dụ dễ hiểu hơn, nếu mặt trời của chúng ta hiện nay làm bằng than đá loại tốt nhất, nó sẽ chỉ cháy thêm được khoảng 10 triệu năm trong khi, theo dự đoán của loài người, mặt trời còn tồn tại khoảng hơn 4 tỷ năm nước trước khi tắt hoàn toàn, nguồn năng lượng khổng lồ này đến từ phản ứng hợp hạch Hydro thành Heli.

Thứ hai là yếu tố môi trường, đây là điều khiến nhiều người tranh cãi trong việc nên hay không nên sử dụng năng lượng hạt nhân. Quá trình sản xuất điện hạt nhân thải ra một lượng chất thải phóng xạ bao gồm: Urani không chuyển hóa được, một số nguyên tử thuộc nhóm Actini (chủ yếu là Plutoni và Curi). Các chất thải này hiện chưa có cách xử lý triệt để và là nguy cơ lớn cho sự an toàn của con người. Nguy cơ ô nhiễm môi trường của các nhà máy điện hạt nhân còn đến từ lượng phóng xạ tỏa ra từ quá trình phân rã hạt nhân, tuy nhiên, con người đã có thể kiểm soát chúng khá tốt.

 Ngoài hai yếu tố trên ra, quá trình sản xuất điện hạt nhân hầu như không ảnh hưởng xấu đến môi trường, vì vậy, đây được đánh giá là một loại năng lượng khá sạch, ít nhất là vượt trội so với việc sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch. Theo tính toán, chi phí xử lý chất thải của một nhà máy điện hạt nhân là cực kỳ nhỏ so với một nhà  máy nhiệt điện chạy than cùng công suất.

 Thứ ba là giá thành. Thực ra, còn rất nhiều tranh cãi về giá thành của điện hạt nhân. Chi phí xây dựng và bắt đầu một nhà máy hạt nhân là tương đối lớn: một lò cỡ trung bình như lò sắp được xây dựng tại  Ninh Thuận, Việt Nam là khoảng 2 tỷ USD chưa kể kinh phí đào tạo nhân lực, chuyển giao công nghệ, quy trình...  Tuy nhiên, chi phí trên mỗi đơn vị năng lượng giảm dần. Nếu tận dụng hết một vòng đời (khoảng 60 năm) của nhà máy điện nguyên tử, giá thành mỗi kWh điện sẽ thấp hơn cả thủy điện.

Thực tế đã chứng minh, năng lượng hạt nhân là một điều thần kỳ thực sự mà con người đã có được. Nó đem lại những lợi ích to lớn về năng lượng đặc biệt cho các quốc gia không có nhiều tài nguyên để sản xuất năng lượng như Nhật chẳng hạn. Nó đem lại sức mạnh, sự vượt trội cho hải quân Mỹ, Nga, giúp con người và kỹ thuật vươn xa hơn nhiều. Tuy nhiên, bên cạnh đó, khả năng hủy diệt của loại năng lượng này cũng khiến người ta sợ hãi.

Tác giả: Phạm Quốc Toản – Giáo viên Vật lí