Tìm hiểu về Năng lượng hạt nhân.

Παρουσίαση με θέμα: "Tìm hiểu về Năng lượng hạt nhân."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Tìm hiểu về Năng lượng hạt nhân

2 Năng lượng hạt nhân

3 I/ Tại sao phải sử dụng năng lượng hạt nhân
I/ Tại sao phải sử dụng năng lượng hạt nhân? Ngày nay năng lượng hóa thạch càng ngày càng cạn kiệt dần do đó cần phải có một nguồn năng lượng mới để thay thế nó. Dạng năng lượng thay thế cho nhiên liệu hoá thạch là năng lượng mặt trời và năng lượng từ sức gió. Các dạng năng lượng mới này cần phải phát triển, khai thác để sử dụng. Tuy nhiên do giá thành cao và cần một diện tích lớn nên các dạng năng lượng này chỉ cung cấp được 10% trong tổng số năng lượng cần thiết.Chính vì vậy, năng lượng mà nhân loại có thể sử dụng lâu dài trong thời gian tới phải dựa vào năng lượng nguyên tử. Mặc khác năng lượng nguyên tử có một số ưu điểm so với các nguồn năng lượng khác là:

4 * Đặc trưng thứ nhất của năng lượng nguyên tử là nguồn năng lượng sạch, không phát thải CO2, SOx, NOx gây ô nhiễm không khí . *Hơn nữa, vì Uranium có thể phát điện chỉ với một lượng rất nhỏ so với dầu nên có ưu điểm là dễ vận chuyển và bảo quản. Ví dụ, để vận hành nhà máy điện công suất 1000 MW trong vòng một năm thì phải cần tới hơn một triệu tấn dầu, trong khi đó đối với nhiên liệu Uranium thì chỉ cần vài chục tấn. *Trong các nhà máy điện nguyên tử, khi nạp nhiên liệu vào lò phản ứng là có thể liên tục phát điện trong vòng 1 năm mà không cần phải thay thế nhiên liệu. *Lượng chất thải phóng xạ phát sinh trong nhà máy điện nguyên tử rất ít so với lượng chất thải công nghiệp thông thường, do vậy có thể quản lý được một cách chặt chẽ, cất giữ và bảo quản an toàn. *Chi phí xây dựng cho nhà máy điện nguyên tử so với nhà máy nhiệt điện tương đối cao *Nhà máy điện nguyên tử được lựa chọn phương án thiết kế an toàn tối ưu. Nó được thiết kế để sao cho dù có phát sinh tai nạn thế nào chăng nữa cũng không gây thiệt hại, tổn thất cho tất cả cư dân sống xung quanh. Có thể nói rằng một nửa nhà máy điện nguyên tử là các thiết bị an toàn. Do đó, chi phí cao cho các thiết bị đó là đương nhiên. Hơn nữa, trong quá trình xây dựng, người ta tiến hành kiểm tra gắt gao ở từng công đoạn để đảm bảo an toàn nên thời gian xây dựng cũng khá dài

5 Quy trình sản xuất năng lượng hạt nhân từ uranium

6 II/ Nhà máy điện hạt nhân là gì?
- 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 tức là chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện năng. - Trong lò phản ứng nguyên tử phân hủy hạt nhân với nguyên liệu ban đầu là đồng vị uran 235 và sản phẩm thu được sau phản ứng thường là các neutron và năng lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt lượng này, theo hệ thống làm mát khép kín (để tránh tia phóng xà rò rỉ ra ngoài) qua các máy trao đổi nhiệt, đun sôi nước, tạo ra hơi nước ở áp suất cao làm quay các turbien hơi nước, và do đó quay máy phát điện, sinh ra điện năng.

7 1.Nguyên nhiên liệu 1.1 Trên thế giới: + Nguyên liệu thường được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân là Uran-235, Uran 33, hoặc Plutoni-239. +Uranium_Đây là nguyên tố phóng xạ tự nhiên có nhiều trong quặng. Chúng được khai thác, tuyển, tinh chế và làm giàu để tạo thành urani 235 là chất có khả năng phân hạch cho năng lượng tốt nhất và tiếp tục được chuyển hóa tiếp thành ô xýt urani dưới dạng chất bột màu đen. Chất bột này được ép rồi nung thành những viên dài 1 cm, nặng khoảng 7 gam. Các viên này được xếp lần lượt vào ống kim loại dài khoảng 4 m bịt kín 2 đầu để tạo thành các thanh nhiên liệu. Mỗi nhà máy điện hạt nhân cần hơn thanh nhiên liệu. Cứ 264 thanh được kết lại thành những bó hình vuông gọi là bó thanh nhiên liệu. Một lò phản ứng hạt nhân 900 MW cần khoảng 157 bó thanh nhiên liệu (chứa khoảng 11 triệu viên). Các bó này được sắp xếp thành tâm lò phản ứng. Các thanh phải nằm trong lò khoảng 3-4 năm để thực hiện sự phân hạch cung cấp một lượng nhiệt năng đủ làm sôi lượng nước rất lớn. Nguồn nước bốc hơi từ đây sẽ tạo ra nguồn năng lượng làm quay hệ thống tua bin để phát điện..

8 Uran ở trạng thái tự nhiên bao gồm 3 đồng vị: Đó là Uran 238
Uran ở trạng thái tự nhiên bao gồm 3 đồng vị: Đó là Uran 238. Dạng này chứa 99,28 % tổng số khối lượng, Uran 235 chiếm 0,71% và một lượng không đáng kể khoảng 0,006% Uran 234. Vì vậy nó có thể được xem là cả nguyên tố phân rã (vì hàm lượng Uran 235) và nguyên tố kết hợp (vì hàm lượng Uran 238). Uran chủ yếu được tách ra từ Pitchblen. Uranite autunait, Brannerite hoặc Torbernite. Nó cũng có thể thu được từ nguồn thứ cấp khác chẳng hạn từ cặn bã trong quá trình sản xuất Supephosphat hoặc cặn trong mỏ vàng. Quy trình thông thường là khử Tetrafluorit bằng canxi hoặc magie hoặc bởi điện phận.Uran là nguyên tố phóng xạ yếu, rất nặng (tỷ trọng 19) và cứng, bề mặt màu xám bạc bóng nhẵn, nhưng bị xỉn đi khi để tiếp xúc với Oxy của không khí thành dạng bột nó bị oxy hóa và bị đốt cháy nhanh chóng khi tiếp xúc với không khí.Uran ở thị trường có dạng thỏi để sẵn được đánh bóng, gọt dũa, cán mỏng (để tạo ra thanh, ống, lá, dây...)

9 + Plutoni công nghiệp thu được bằng bức xạ Uranni 238 trong một lò phản
ứng hạt nhân, Nó rất nặng (tỷ trọng 19,8), có tính phóng xạ và độc tính cao, bề ngoài tương tự Urani và dễ bị bị oxy hóa. Putoni được đưa ra thành các hình thức thương phẩm tương tự như Uranium đã được làm giàu và đòi hỏi khi xử lý phải hết sức cẩn thận. Các hợp chất Urani và Plutoni chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp hạt nhân. Theo các chuyên gia đánh giá thì trữ lư ợng Uran trên toàn thế giới khoảng là 24,5 triệu tấn và nếu sử dụng hoàn toàn vào sản xuất điện thì nó sẽ tạo ra một năng lượng tương đương với khoảng 440 TW năm

10 1.2 Ở việt nam: Urani trong một số mỏ và điểm quặng ở Việt Nam rất lớn, tính theo U308 dự báo là 218,167 tấn, trong đó cấp C1 là 113 tấn, cấp C2 là tấn, cấp P1 là tấn và cấp P2+P3 là tấn. Các điểm mỏ quặng có trữ lượng lớn là Bắc Nậm Xe tấn cấp C2, Nam Nậm Xe 321 tấn cấp C2, Nông Sơn 546 tấn cấp P1, Khe Hoa- Khe Cao tấn các loại… Với trữ lượng này, Việt Nam có thể sử dụng nguồn nhiên liệu tại chỗ để sản xuất điện hạt nhân. + loại quặng 250 ppm : tấn U3O8 + loại quặng ppm : tấn U3O8 + loại quặng 1000 ppm : 4700 tấn U3O8.II.Cơ sở lý thuyết NMĐHN:

11 2. Quy trình xây dựng nhà máy:
Nhiều yếu tố khác bảo đảm an toàn (như quản lý quá trình xây dựng, lắp đặt thiết bị, vận hành...) của nhà máy điện hạt nhân đều phải tuân thủ những quy trình đặc biệt nghiêm ngặt, mà bất cứ một sai sót nào cũng có thể tiềm ẩn nguy cơ gây mất an toàn. Thí dụ đơn giản, nếu không giám sát kỹ khi xây dựng nhà máy, để xảy ra việc dùng sắt thép, xi măng không đủ tiêu chuẩn, hoặc bị rút ruột công trình thì sẽ là tai họa khôn lường. Chúng ta đã có nhiều bài học về năng lực quản lý xây dựng các công trình lớn của quốc gia, để xảy ra nhiều hậu quả đáng tiếc như các sự cố gần đây (cầu Cần Thơ, hầm Thủ Thiêm v.v.). Xin lưu ý, nếu xảy ra tình trạng tương tự đối với công trình nhà máy điện hạt nhân thì hậu quả sẽ bi thảm và lâu dài hơn nhiều lần.

12 Tuy các tiêu chuẩn, quy trình kỹ thuật về các công việc này có
thể ban hành khi đã chính thức quyết định chủ trương đầu tư nhà máy điện hạt nhân, nhưng cũng cần có danh mục và lộ trình cụ thể ban hành các tiêu chuẩn, quy trình kỹ thuật chuyên ngành. Ngoài ra, trong những năm gần đây, để bảo đảm an toàn trong trường hợp bị khủng bố, trong thiết kế nhà máy điện hạt nhân còn phải tăng cường khả năng chống phá hoại (kể cả phá hoại theo kiểu 11/9 ở Hoa Kỳ năm 2001, tức là phải an toàn cả trong trường hợp bị máy bay đâm thẳng vào nhà máy) và tăng cường hệ thống bảo vệ an ninh nhiều vòng, chuẩn bị sẵn sàng hệ thống ứng phó sự cố hạt nhân. Những công việc về bảo đảm an toàn nhà máy điện hạt nhân làm cho các yêu cầu kỹ thuật, tài chính đối với công trình tăng lên rất nhiều và đó là điều chủ đầu tư cần phải báo cáo Quốc hội ngay trong giai đoạn phê duyệt chủ trương đầu tư để Quốc hội cân nhắc, quyết định.

13 Trước khi tìm hiểu cấu tạo nhà máy điện hạt nhân ta đi tim hiểu sơ lược về cấu tạo hạt nhân.

14 Mô hình đơn giản của nguyên tử
- Hạt nhân - + + + Electron -

15 I. Nguyên tử là gì? - Nguyên tử là hạt trung hoà về điện.
- Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương và vỏ tạo bởi một hay nhiều electron mang điện tích âm. - Electron luôn luôn chuyển động. - Tổng điện tích dương của hạt nhân bằng tổng điện tích âm của các electron.

16 - Nguyên tử là hạt vô cùng nhỏ, trung hoà về điện, tạo ra mọi chất.
Hạt nhân (+) - Nguyên tử gồm Vỏ tạo bởi một hay nhiều electron (e, -)

17 Nguyªn tö nh­ mét qu¶ cÇu cùc k× nhá bÐ ®­êng kÝnh

18 II. Hạt nhân nguyên tử 1) Cấu tạo hạt nhân nguyên tử: + Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn (p) (mang điện tích nguyên tố dương), và các nơtron (n) (trung hoà điện), gọi chung là nuclôn, liên kết với nhau bởi lực hạt nhân, đó là lực tương tác mạnh, là lực hút giữa các nuclôn, có bán kính tác dụng rất ngắn ( r < m). + Hạt nhân của các nguyên tố ở ô thứ Z trong bảng HTTH, có nguyên tử số Z thì chứa Z prôton (còn gọi Z là điện tích hạt nhân) và N nơtron; A = Z + N được gọi A là số khối. Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôton Z, nhưng có số nơtron N (số khối A) khác nhau, gọi là các đồng vị. Có hai loại đồng vị bền và đồng vị phóng xạ.

19 + Kí hiệu hạt nhân: Cách 1 (thường dùng): , ví dụ .
Cách 2 (ít dùng): hoặc ; Cách 3 (văn bản): XA ví dụ: C12, C14, U + Đơn vị khối lượng nguyên tử u có trị số bằng khối lượng của đồng vị ; ; NA là số avôgađrô NA = 6, /mol; u xấp xỉ bằng khối lượng của một nuclon, nên hạt nhân có số khối A thì có khối lượng xấp xỉ bằng A(u). + Khối lượng của các hạt: - Prôton: mp = 1, u; nơtron: mn = 1, u; - êlectron: me = 0, u. + Kích thước hạt nhân: hạt nhân có bán kính (m). + Đồng vị: là những hạt nhân chứa cùng số prôton Z (có cùng vị trí trong bản HTTH), nhưng có số nơtron khác nhau.

20 TÓM LẠI Proton (p, +) Hạt nhân nguyên tử tạo bởi
Notron (n), không mang điện Proton : p (+) N¬tron : n (kh«ng mang ®iÖn).

21   + 8+ Hiđro Oxi Natri Kali Số p = số e
11+ 19+ Hiđro Oxi Natri Kali  Số p = số e  Khối lượng của hạt nhân được coi là khối lượng của nguyên tử.

22 2. Năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng
+ Độ hụt khối: Độ giảm khối lượng của hạt nhân so với tổng khối lượng các nuclon tạo thành. m = m0 - m = Z.mP + (A-Z).mn - m; m là khối lượng hạt nhân, nếu cho khối lượng nguyên tử ta phải trừ đi khối lượng các êlectron. + Năng lượng liên kết (NNLK) : E = m.c2. - Độ hụt khối lớn thì NNLK lớn. Hạt nhân có năng lượng liên kết lớn thì bền vững. - Tính năng lượng liên kết theo MeV: E = khối lượng(theo u)giá trị 1u(theo MeV/c2) - Tính năng lượng theo J: E = năng lượng(theo MeV)  1, + Năng lượng liên kết riêng (NLLKR) là năng lượng liên kết cho 1 nuclon. Hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì bền vững hơn. + Đơn vị năng lượng là: J, kJ, eV, MeV. Đơn vị khối lượng là: g, kg, J/c2; eV/c2; MeV/c2.

23 3. Phóng xạ a) Hiện tượng một hạt nhân bị phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác gọi là hiện tượng phóng xạ. Đặc điểm của phóng xạ: nó là quá trình biến đổi hạt nhân, không phụ thuộc vào yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, môi trường xung quanh…) mà phụ thuộc vào bản chất của hạt nhân (chất phóng xạ). b) Tia phóng xạ không nhìn thấy, gồm nhiều loại:α, β-, β+, γ. + Tia anpha () là hạt nhân của hêli . Mang điện tích +2e, chuyển động với vận tốc ban đầu khoảng m/s. Tia  làm iôn hoá mạnh nên năng lượng giảm nhanh, trong không khí đi được khoảng 8cm, không xuyên qua được tấm bìa dày 1mm. + Tia bêta: phóng ra với vận tốc lớn có thể gần bằng vận tốc ánh sáng. Nó cũng làm iôn hoá môi trường nhưng yếu hơn tia . Trong không khí có thể đi được vài trăm mét và có thể xuyên qua tấm nhôm dày cỡ mm. có hai loại:

24 - Bê ta trừ β- là các electron, kí hiệu là - Bêta cộng β+ là pôzitron kí hiệu là , có cùng khối lượng với êletron nhưng mang điện tích +e còn gọi là êlectron dương. - Tia γ là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (ngắn hơn tia X) cỡ nhỏ hơn 10-11m. Nó có tính chất như tia X, nhưng mạnh hơn. Có khả năng đâm xuyên mạnh, rất nguy hiểm cho con người. Chú ý: Mỗi chất phóng xạ chỉ có thể phóng ra một trong 3 tia: hoặc , hoặc -, hoặc + và có thể kèm theo tia . Tia  là sự giải phóng năng lượng của chất phóng xạ.

25 c) Định luật phóng xạ: (2 cách)
+ Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi thời gian T gọi là chu kỳ phân rã. Cứ sau thời gian T một nửa số hạt nhân của nó biến đổi thành hạt nhân khác. N(t) = N0.2-k với hay N(t) = N0.e-t; là hằng số phóng xạ. ln2 = 0,693. Khối lượng chất phóng xạ: m(t) = m0. e-t; hay m(t) = m0.2-k + Trong quá trình phân rã, số hạt nhân (khối lượng) phóng xạ giảm với thời gian theo định luật hàm số mũ với số mũ âm. Chu kỳ bán rã T của một chất phóng xạ là thời gian sau đó số hạt nhân của một lượng chất ấy chỉ còn bằng một nửa số hạt nhân ban đầu N0. Số hạt nhân N hoặc khối lượng m của chất phóng xạ giảm với thời gian t theo định luật hàm số mũ: , λ là hằng số phóng xạ, tỉ lệ nghịch với chu kỳ bán rã:

26 d) Độ phóng xạ của một chất phóng xạ được xác định bằng số hạt nhân phân rã trong 1 giây.
+ Kí hiệu H: H = . Hay H = .N; H0 = N0 là độ phóng xạ ban đầu. Độ phóng xạ của một lượng chất bằng số hạt nhân của nó nhân với hằng số phóng xạ. e) Trong phân rã α hạt nhân con lùi hai ô trong bảng hệ thống tuần hoàn so với hạt nhân mẹ. - Trong phân rã β- hoặc β+ hạt nhân con tiến hoặc lùi một ô trong bẳng hệ thống tuần hoàn so với hạt nhân mẹ. - Trong phân rã γ hạt nhân không biến đổi mà chỉ chuyển từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn. - Vậy một hạt nhân chỉ phóng ra một trong 3 tia là  hoặc - hoặc + và có thể kèm theo tia . f) Có đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo. Đồng vị phóng xạ nhân tạo cò cùng tính chất với đồng vị bền của nguyên tố đó. + ứng dụng: phương pháp nguyên tử đánh dấu: y khoa (chẩn đoán và chữa bệnh), trong sinh học nghiên cứu vận chuyển các chất; khảo cổ: xác định tuổi cổ vật dùng phương pháp cácbon14 (có T = 5730 năm),

27 4. Phản ứng hạt nhân a) Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa hai hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác. + Phương trình tổng quát: A + C  C + D. trong đó A, B là các hạt tương tác, còn B, C là hạt sản phẩm (tạo thành). Một trong các hạt trên có thể là  (),, , , (hay ). + Phóng xạ là loại phản ứng hạt nhân đặc biệt của phương trình phản ứng: A B + C. + Phản ứng hạt nhân nhân tạo tạo nên đồng vị phóng xạ nhân tạo.

28 b) Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:
+ Định luật bảo toàn nuclon (số khối A): Tương tác 2 hạt nhân là tương tác giữa các nuclon, prôton có thể biến đổi thành nơtron và ngược lại; tổng số prôton và nơtron là nuclon không đổi. A1 + A2 = A3 + A4. + Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z): Tương tác 2 hạt nhân là tương tác hệ kín (cô lập) về điện, nên điện tích bảo toàn (tổng điện tích trước và sau phản ứng bằng nhau).. Z1 + Z2 = Z3 + Z4. + Định luật bảo toàn động lượng: Tương tác 2 hạt nhân là tương tác hệ kín (cô lập) nên động lượng bảo toàn (động lượng trước và sau phản ứng bằng nhau).. hay + Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (Gồm năng lượng nghỉ vàcác năng lượng thông thường khác như động năng, nhiệt năng . . .): trong phản ứng hạt nhân, năng lượng toàn phần không đổi (năng lượng trước và sau phản ứng bằng nhau). M0c2 + E1 = Mc2 + E2. Với M0 = mA + mB; M = mC + mD; E1 là động năng của các hạt trước phản ứng, E2 là động năng của các hạt sau phản ứng và các năng lượng khác. +Trong phản ứng hạt nhân không có định luật bảo toàn khối lượng: khối lượng các hạt trước và sau phản ứng không bao giờ bằng nhau, vì độ hụt khối của các hạt nhân không giống nhau.

29 c) Quy tắc dịch chuyển phóng xạ:
+ Phóng xạ ra :  hạt nhân tạo thành lùi 2 ô và số khối giảm 4 đơn vị. + Phóng xạ ra bêta trừ - :  hạt nhân tạo thành tiến 1 ô, số khối không đổi. + Phóng xạ ra bêta cộng + :  hạt nhân tạo thành lùi 1 ô, số khối không đổi.

30 Phóng xạ Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các nguyên tử không phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Cácnguyên tố hóa học chỉ gồm các đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi là nguyên tố phóng xạ. Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang điện âm như chùm electron (phóng xạ beta); không mang điện như hạt nơtron, tia gamma (có bản chất giống như ánh sáng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều). Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường được gọi là sự phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân

31 d) Trong phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng M0 (M0 = mA + mB) của các hạt nhân tham gia phản ứng khác tổng khối lượng M (M = mC + mD) của các hạt tạo thành. Nếu M < M0 (hay độ hụt khối các hạt tạo thành lớn hơn độ hụt khối các hạt nhân tham gia phản ứng) thì phản ứng toả năng lượng và ngược lại: M0 < M thì phản ứng hạt nhân thu năng lượng. Năng lượng của phản ứng hạt nhân là: E = M.c2.

32 e) Có hai loại phản ứng hạt nhân toả ra năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng hạt nhân.
+ Một hạt nhân rất nặng khi hấp thụ một nơtron chậm sẽ vỡ thành hai hạt trung bình, cùng với N nơtron là sự phân hạch.

33 PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH-NHIỆT HẠCH
Sự phân hạch hạt nhân chính là quá trình nguyên tử urani tách và giải phóng năng lượng. Đây là một trong những tiến bộ vật lý khoa học vĩ đại nhất của thế kỷ XX, nó đã giải đáp được mọi băn khoăn của vật lý học thời bấy giờ, mở ra cánh cửa tiến vào thời đại nguyên tử. Phát hiện này đặt nền móng cho sự phát triển của sức mạnh hạt nhân và vũ khí hạt nhân

34 Phản ứng tổng hợp hạt nhân hay phản ứng hợp hạch, trong vật lý học, là quá trình 2 hạt nhân hợp lại với nhau để tạo nên một nhân mới nặng hơn. Cùng với quá trình này là sự phóng thích năng lượng hay hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạt nhân tham gia. Nhân sắt và nickel có năng lượng kết nối nhân lớn hơn tất cả các nhân khác nên bền vững hơn các nhân khác. Sự kết hợp hạt nhân của các nguyên tử nhẹ hơn sắt và nickel thì phóng thích năng lượng trong khi với các nhân nặng hơn thì hấp thụ năng lượng.

35 Nhiên liệu thường dùng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân là đồng vị deuterium ,tritiumcủa Hydrogen. Các đồng vị này có thể trích lấy dễ dàng từ thành phần nước biển, hoặc tổng hợp không mấy tốn kém từ nguyên tử Hydrogen. Để làm cho các hạt nhân hợp lại với nhau, cần tốn một nguồn năng lượng rất lớn, ngay cả với các nguyên tử nhẹ nhất như hydro. Điều đó được giải thích là do các quá trình của phản ứng đều khó thực hiện: bước 1 cần phải nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa hoàn toàn tất cả các nguyên tử, đồng thời tách loại electron để biến nhiên liệu phản ứng hoàn toàn trở thành hạt nhân không có electron ở thể plasma. Sau đó cần phải cung cấp động năng cực kỳ lớn cho các hạt nhân vượt qua tương tác đẩy Coulomb giữa chúng mà va vào nhau. Nhiệt độ cần thiết có thể lên đến hàng triệu độ C .Nhưng sự kết hợp của các nguyên tử nhẹ, để tạo ra các nhân nặng hơn và giải phóng 1 neutron tự do, sẽ phóng thích nhiều năng lượng hơn năng lượng nạp vào lúc đầu khi hợp nhất hạt nhân. Điều này dẫn đến một quá trình phóng thích năng lượng có thể tạo ra phản ứng tự duy trì(Tuy nhiên, từ hạt nhân sắt trở đi, việc tổng hợp hạt nhân trở nên thu nhiệt nhiều hơn tỏa nhiệt) Việc cần nhiều năng lượng để khởi động thường đòi hỏi phải nâng nhiệt độ của hệ lên cao trước khi phản ứng xảy ra. Chính vì lý do này mà phản ứng hợp hạch còn được gọi là phản ứng nhiệt hạch.

36 N từ 2 đến 3; A và A’ từ 80 dến 160. +Nếu sự phân hạch liên tiếp xảy ra gọi là phản ứng dây chuyền, khi đó toả ra năng lượng rất lớn. Điều kiện có phản ứng dây chuyền: Hệ số nhân nơtrơn k  1. k < 1 không xảy ra phản ứng. k = 1 gọi là tới hạn: phản ứng kiểm soát được. k > 1: vượt hạn phản ứng không kiểm soát được. Vì vậy khối lượng U235 phải đạt giá trị nhỏ nhất gọi là khối lượng tới hạn: mth. (nguyên chất là 1kg) + Hai hạt nhân rất nhẹ, có thể kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao, nên gọi là phản ứng nhiệt hạch. Con người mới chỉ thực hiện được phản ứng này dưới dạng không kiểm soát được (bom H). Thí dụ : +3,25MeV. +17,6MeV. So với phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lượng lớn hơn nhiều khi có cùng khối lượng nhiên liệu.

37 Cấu tạo của nhà máy điện hạt nhân
Nhà máy nhiệt điện bao gồm 4 phần chính: 1. Trung tâm lò phản ứng hạt nhân (reactor core), nơi xảy ra phản ứng phân hạch 2. Máy phát điện chạy bằng hơi nước, nơi nhiệt sinh ra từ phân hạch hạt nhân được dùng để tạo hơi. 3. Turbine, dùng hơi nước làm quay nó để chạy máy phát điện 4. Bộ phận ngưng tụ (condenser), làm lạnh hơi nước, chuyển nó trở lại thành pha lỏng

38 3. Lò phản ứng 3.1 Cấu tạo và chức năng của từng bộ phận 1-Lớp vỏ bảo vệ sinh học 2- Ống dẫn chất truyền nhiệt vào 3- Vỏ lò phản ứng hạt nhân 4- Ống dẫn chất truyền nhiệt ra 5 – Nắp lò phản ứng – Hệ thống điều khiển phản ứng dây truyền . 10 – Gá đỡ trên. 11 – Vùng phản ứng (hoạt động) 12 – Thanh nhiên liệu 13 – Bộ phận làm mát lớp vỏ bảo vệ sinh học 14 – Gá đỡ dưới

39 3.2. Nguyên lý phát điện NM ĐHN:
-Vòng truyền nhiệt sơ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng phản ứng, nhận năng lượng sinh ra từ phản ứng dây truyền. Chất tải nhiệt vòng sơ cấp, được giữ ở trạng thái lỏng dưới áp suất cao, mang nhiệt từ lò hạt nhân tới thiết bị sinh hơi, tại đây diễn ra trao đổi nhiệt với vòng thứ cấp -Vòng truyền nhiệt thứ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng trao đổi nhiệt với vòng truyền nhiệt thứ nhất, nhận nhiệt năng đem đến bộ phận tạo hơi nước làm quay turbin.

40 Lò phản ứng muối nóng chảy

41 Lò phản ứng hạt nhân là một phần trong chu trình năng lượng hạt nhân
Lò phản ứng hạt nhân là một phần trong chu trình năng lượng hạt nhân. Quá trình bắt đầu từ khai thác mỏ (xem khai thác mỏ urani). Các mỏ urani nằm dưới lòng đất, được khai thác theo phương thức lộ thiên, hoặc các mỏ đãi tại chỗ. Trong bất kỳ trường hợp nào, khi quặng urani được chiết tách, nó thường được chuyển thành dạng ổn định và nén chặt nhưbánh vàng (yellowcake), và sau đó vận chuyển đến nhà máy xử lý. Ở đây, bánh vàng được chuyển thành urani hexaflorua, loại này sau đó lại được đem đi làm giàu để sử dụng cho các ngành công nghệ khác nhau. Urani sau khi được làm giàu chứa hơn 0,7% U-235 tự nhiên, được sử dụng để làm cần nguyên liệu trong lò phản ứng đặc biệt. Các cần nguyên liệu sẽ trải qua khoảng 3 chu trình vận hành (tổng cộng khoảng 6 năm) trong lò phản ứng, về mặt tổng quát chỉ có khoảng 3% lượng urani của nó tham gia vào phản ứng phân hạch, sau đó chúng sẽ được chuyển tới một hố nguyên liệu đã sử dụng, ở đây các đồng vị có tuổi thọ thấp được tạo ra từ phản ứng phân hạch sẽ phân rã. Sau khoảng 5 năm trong hố làm lạnh, nguyên liệu tiêu thụ nguội đi và giảm tính phóng xạ đến mức có thể xách được, và nó được chuyển đến các thùng chứa khô hoặc đem tái xử lý. Chu trình nguyên liệu hạt nhâ bắt đầu khi urani được khai thác, làm giàu, và chế tạo thành nguyên liệu hạt nhân, (1) đưa đếnnhà máy năng lượng hạt nhân. Sau khi sử dụng ở nhà máy, nguyên liệu đã qua sử dụng được đưa tới nhà máy tái xử lý (2) hoặc kho chứa cuối cùng (3). Trong quá trình tái xử lý 95% nguyên liệu đã sử dụng có thể được thu hồi để đưa trở lại nhà máy năng lượng (4).

42 Các lò phản ứng Lò phản ứng nước sôi
-Lò phản ứng hạt nhân nước sôi (BWR) hay còn gọi tắt là lò phản ứng nước sôi là lò phản ứng hạt nhân thuộc nhóm nước nhẹ, được sử dụng để sản xuất điện.

43 Điều hòa nơtron bằng than chì
Điều hòa nơtron bằng than chì (graphit). Là cơ chế điều khiển lò phản ứng hạt nhân phân hạch sử dụng thanh điều khiển với đầu mút bằng graphit. Cơ chế điều khiển là sự hấp thụ nơtron sinh ra sau phản ứng hạt nhân phân hạch bằng graphit. Làm giảm hệ số phát triển của lò phản ứng. Thường được sử dụng trong các lò phản ứng kiểu cũ,cơ chế an toàn thấp. Lò phản ứng hạt nhân đầu tiên, Chicago Pile-1, một thiết bị điều hòa nơtron bằng than chì sản xuất một số lượng nhiệt cực nhỏ, được xây dựng bởi một nhóm dẫn đầu là Enrico Fermi vào năm Việc xây dựng và thử nghiệm các lò phản ứng này (một "pin nguyên tử") là một phần của Dự án Manhattan. Công việc này đã dẫn đến việc xây dựng lò phản ứng X-10 Graphite tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, là lò phản ứng hạt nhân đầu tiên được thiết kế và xây dựng cho hoạt động liên tục, và bắt đầu hoạt động vào năm Các lò phản ứng hạt nhân trong thảm họa Chernobyl là một lò phản ứng RBMK Điều hòa nơtron bằng than chì.

44 Lò phản ứng nước áp lực Lò phản ứng nước áp lực (PWR) là một trong hai loại lò phản ứng hạt nhânthuộc nhóm lò phản ứng nước nhẹ, loại lò này được sử dụng rất phổ biến ở các nước phương tây. Trong lò PWR, bộ phận làm lạnh sơ cấp (nước) được bơm vào lòi lò phản ứng dưới áp suất cao, tại lõi nó nước nung nóng bằng nhiệt tạo ra từ phản ứng hạt nhân. Nước được nung nóng sau đó chảy đến một bộ phận thứ cấp để truyền nhiệt mà nó mang, lượng nhiệt này sẽ làm nước sôi và tạo ra hơi nước để quay tuốc bin, và phát ra điện. Khác với lò phản ứng nước nhẹ ở chỗ áp suất trong bộ phận sơ cấp được tuần hoàn mà không có quá trình sôi trong lò phản ứng. Tất cả các lò phản ứng nước nhẹ ban đầu dùng nước nhẹ trong bộ phân làm lạnh và điều hòa nơtron.

45 Năng lượng hạt nhân và những yếu tố
tác động đến môi trường

46 1. Tác động của việc khai thác mỏ uran
Giữa bối cảnh môi trường sinh thái ở nước ta đang suy thoái nặng nề, mỗi tác động đáng kể vào tự nhiên đều đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận và những biện pháp phòng chống ô nhiễm chặt chẽ. Huống gì việc khai thác quặng urani lại thải ra một lượng phế liệu phóng xạ độc hại hết sức to lớn. Nếu không được xử lý kỹ lưỡng, nó là mối đe doạ nhiều mặt kéo dài hàng ngàn hàng vạn năm (“ngàn năm phế thải vẫn còn trơ trơ!”). Vì thế cho nên chừng nào nước ta chưa đào tạo đủ công nhân kỹ thuật, cán bộ quản lý có kỹ năng và tinh thần trách nhiệm cao, chưa có luật định nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường như hiện nay, chúng ta khoan tiến hành việc sản xuất urani.

47 Đây là loài cá từng gây xôn xao ở Hàn Quốc vào năm 2005.
Hiện tượng kỳ thú này là do xung quanh khu vực hồ nước ở TP Chongju, nơi pháthiện ra cá chép mặt người có nhiều nhà máy điện nguyên tử đang hoạt động."Chất thải nhiễm phóng xạ hạt nhân là nguyên nhân dẫn tới sự đột biến gene của động vật sống trong hồ."

48 2. Chất thải hạt nhân cũng là vấn đề khiến nhiều người lo lắng
2. Chất thải hạt nhân cũng là vấn đề khiến nhiều người lo lắng. Bài toán này sẽ được giải quyết như thế nào? Chất thải phóng xạ hiện là một vấn đề chưa có được hướng giải quyết triệt để. Sau ba năm sử dụng, các thanh nhiên liệu đã cháy được coi là chất thải hoạt độ cao. Tại nhiều nước các chất bó thanh nhiên liệu này được lưu giữ tại nhà máy (thời hạn có thể đến 50 năm) rồi được vận chuyển đến địa điểm lưu trữ lâu dài. Tuy nhiên, chưa nước nào có được một địa điểm ổn định lưu giữ chất phóng xạ cao này trong thời gian dài ( năm), mà mới chỉ ở mức độ mô phỏng trên mô hình (Pháp). Nhưng các nghiên cứu về xử lý và quản lý chất thải hoạt độ cao đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm đầu tư nghiên cứu. Hy vọng, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, sẽ sớm có giải pháp tối ưu cho vấn đề này trong thời gian tới.“Một sai lầm nhỏ cũng có thể dẫn đến hậu quả lớn”

49 3. Tai nạn khủng khiếp: Một ngày cuối tháng , lò số 4 của Nhà máy điện hạt nhân Tchernobyl có công suất Megawatt, nằm gần thành phố Pripyat,Ukraina bị một tai nạn khủng khiếp. Tai nạn được xếp ở cấp 7, cấp thang cao nhất theo quy định của INES (International Nuclear Event Scale); sức nổ rất mạnh, phát tán phóng xạ ra nhiều vùng ở nước Nga, các nước Bắc Âu, sang tận miền nam nước Pháp.Liều phóng xạ quá lớn (đến gần rems, trong khi liều bức xạ tối đa được chấp nhận cho người dân thường phải ít hơn 50 rems) nên dân thành phố Pripyat và người trong phạm vi 30 ki lô mét chung quanh nhà máy phải di tản lập tức.

50 Cám ơn sự theo dõi của thầy cô và các bạn!