IAEA đang giới thiệu các giải pháp hạt nhân cho những thách thức toàn cầu về năng lượng và môi trường tại Hội nghị Biến đổi Khí hậu lần thứ 30 của Liên Hợp Quốc – COP30. Bài viết này khám phá khoa học về năng lượng hạt nhân – năng lượng hạt nhân.
Năng lượng hạt nhân là một dạng năng lượng được giải phóng từ hạt nhân, lõi của nguyên tử, được tạo thành từ proton và neutron. Nguồn năng lượng này có thể được tạo ra theo hai cách: phân hạch - khi hạt nhân nguyên tử phân tách thành nhiều phần - hoặc hợp hạch - khi các hạt nhân hợp nhất lại với nhau.
Năng lượng hạt nhân được khai thác trên toàn thế giới ngày nay để sản xuất điện thông qua phản ứng phân hạch hạt nhân, trong khi công nghệ sản xuất điện từ phản ứng tổng hợp hạt nhân vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Bài viết này sẽ tìm hiểu về phản ứng phân hạch hạt nhân. Để tìm hiểu thêm về phản ứng tổng hợp hạt nhân, hãy nhấp vào đây .
Phản ứng phân hạch hạt nhân là gì?
Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó hạt nhân của một nguyên tử tách thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn, đồng thời giải phóng năng lượng.
Ví dụ, khi bị một neutron va chạm, hạt nhân của một nguyên tử uranium-235 sẽ tách thành hai hạt nhân nhỏ hơn, ví dụ một hạt nhân bari và một hạt nhân krypton, cùng hai hoặc ba neutron. Những neutron bổ sung này sẽ va chạm với các nguyên tử uranium-235 xung quanh, chúng cũng sẽ phân tách và tạo ra thêm các neutron theo hiệu ứng nhân lên, do đó tạo ra một phản ứng dây chuyền trong tích tắc.
Mỗi khi phản ứng xảy ra, năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt và bức xạ . Nhiệt có thể được chuyển đổi thành điện trong nhà máy điện hạt nhân, tương tự như cách nhiệt từ nhiên liệu hóa thạch như than, khí đốt và dầu được sử dụng để tạo ra điện.
Phản ứng phân hạch hạt nhân (Đồ họa: A. Vargas/IAEA)
Nhà máy điện hạt nhân hoạt động như thế nào?
Bên trong các nhà máy điện hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân và thiết bị của chúng chứa đựng và kiểm soát các phản ứng dây chuyền, thường được cung cấp nhiên liệu bằng uranium-235, để tạo ra nhiệt thông qua phản ứng phân hạch. Nhiệt làm nóng chất làm mát của lò phản ứng, thường là nước, để tạo ra hơi nước. Hơi nước sau đó được dẫn đến quay tua-bin, kích hoạt máy phát điện để tạo ra điện ít carbon.
Tìm thêm thông tin chi tiết về các loại lò phản ứng điện hạt nhân khác nhau trên trang này .
Lò phản ứng nước áp suất được sử dụng nhiều nhất trên thế giới. (Đồ họa: A. Vargas/IAEA)
Khai thác, làm giàu và xử lý uranium
Uranium là một kim loại có thể được tìm thấy trong đá trên khắp thế giới. Uranium có một số đồng vị tự nhiên , là các dạng của một nguyên tố khác nhau về khối lượng và tính chất vật lý nhưng có cùng tính chất hóa học. Uranium có hai đồng vị nguyên thủy: urani-238 và urani-235. Uranium-238 chiếm phần lớn trữ lượng urani trên thế giới nhưng không thể tạo ra phản ứng phân hạch dây chuyền, trong khi urani-235 có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng bằng phản ứng phân hạch nhưng chỉ chiếm chưa đến 1% trữ lượng urani trên thế giới.
Để urani tự nhiên có khả năng phân hạch cao hơn, cần phải tăng lượng urani-235 trong một mẫu nhất định thông qua một quá trình gọi là làm giàu urani. Sau khi được làm giàu, urani có thể được sử dụng hiệu quả làm nhiên liệu hạt nhân trong các nhà máy điện trong ba đến năm năm. Sau đó, nó vẫn còn tính phóng xạ và phải được xử lý theo các hướng dẫn nghiêm ngặt để bảo vệ con người và môi trường. Nhiên liệu đã qua sử dụng, còn được gọi là nhiên liệu đã qua sử dụng, cũng có thể được tái chế thành các loại nhiên liệu khác để sử dụng làm nhiên liệu mới trong các nhà máy điện hạt nhân đặc biệt.
Chu trình nhiên liệu hạt nhân là gì?
Chu trình nhiên liệu hạt nhân là một quy trình công nghiệp bao gồm nhiều bước khác nhau để sản xuất điện từ uranium trong các lò phản ứng hạt nhân. Chu trình này bắt đầu bằng việc khai thác uranium và kết thúc bằng việc xử lý chất thải hạt nhân.
Chất thải hạt nhân
Hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân tạo ra chất thải với mức độ phóng xạ khác nhau. Chúng được quản lý khác nhau tùy thuộc vào mức độ phóng xạ và mục đích sử dụng. Xem hình ảnh động bên dưới để tìm hiểu thêm về chủ đề này.
Quản lý chất thải phóng xạ
Chất thải phóng xạ chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số chất thải. Nó là sản phẩm phụ của hàng triệu thủ thuật y tế mỗi năm, các ứng dụng công nghiệp và nông nghiệp sử dụng bức xạ, và các lò phản ứng hạt nhân tạo ra khoảng 9% điện năng của thế giới. Đoạn phim hoạt hình này giải thích cách thức quản lý chất thải phóng xạ để bảo vệ con người và môi trường khỏi bức xạ hiện tại và trong tương lai.
Thế hệ nhà máy điện hạt nhân tiếp theo, còn được gọi là lò phản ứng tiên tiến cải tiến, sẽ tạo ra ít chất thải hạt nhân hơn nhiều so với các lò phản ứng hiện nay. Dự kiến chúng có thể được xây dựng vào năm 2030.
Năng lượng hạt nhân và biến đổi khí hậu
Điện hạt nhân là nguồn năng lượng ít carbon, bởi vì không giống như các nhà máy điện than, dầu hoặc khí đốt, các nhà máy điện hạt nhân thực tế không tạo ra CO2 trong quá trình vận hành. Các lò phản ứng điện hạt nhân tạo ra khoảng một phần tư lượng điện ít carbon của thế giới và đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được các mục tiêu biến đổi khí hậu.
Để tìm hiểu thêm về năng lượng hạt nhân và quá trình chuyển đổi năng lượng sạch, hãy đọc bản tin IAEA này .
Vai trò của IAEA là gì?
- IAEA thiết lập và thúc đẩy các tiêu chuẩn và hướng dẫn quốc tế về việc sử dụng năng lượng hạt nhân an toàn và bảo mật để bảo vệ con người và môi trường.
- IAEA hỗ trợ các chương trình hạt nhân hiện có và mới trên toàn thế giới bằng cách cung cấp hỗ trợ kỹ thuật và quản lý kiến thức. Thông qua Phương pháp Tiếp cận Mốc quan trọng , IAEA cung cấp chuyên môn kỹ thuật và hướng dẫn cho các quốc gia muốn phát triển chương trình điện hạt nhân cũng như các quốc gia đang tháo dỡ nhà máy điện hạt nhân.
- Thông qua các hoạt động bảo vệ và xác minh , IAEA giám sát để đảm bảo vật liệu và công nghệ hạt nhân không bị chuyển hướng khỏi mục đích sử dụng hòa bình.
- Các phái đoàn đánh giá và dịch vụ tư vấn do IAEA dẫn đầu cung cấp hướng dẫn về các hoạt động cần thiết trong suốt vòng đời sản xuất năng lượng hạt nhân: từ khai thác uranium đến xây dựng, bảo trì và ngừng hoạt động các nhà máy điện hạt nhân và quản lý chất thải hạt nhân.
- IAEA quản lý trữ lượng uranium làm giàu thấp (LEU ) tại Kazakhstan, có thể được sử dụng như giải pháp cuối cùng của các quốc gia đang cần LEU khẩn cấp cho mục đích hòa bình.
TheoIAEA
0 nhận xét:
Đăng nhận xét