Andrea Galindo , Văn phòng Thông tin và Truyền thông Công chúng của IAEA
Năng lượng hạt nhân là một dạng năng lượng được giải phóng từ hạt nhân, lõi của nguyên tử, được cấu tạo từ các proton và neutron. Nguồn năng lượng này có thể được tạo ra theo hai cách: phân hạch – khi hạt nhân nguyên tử tách thành nhiều phần – hoặc tổng hợp hạt nhân – khi các hạt nhân hợp nhất lại với nhau.
Năng lượng hạt nhân được khai thác trên toàn thế giới hiện nay để sản xuất điện là thông qua phản ứng phân hạch hạt nhân, trong khi công nghệ tạo ra 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?
Phân hạch hạt nhân là một 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 nguyên tử urani-235 sẽ tách thành hai hạt nhân nhỏ hơn, chẳng hạn như một hạt nhân bari và một hạt nhân krypton, cùng với hai hoặc ba neutron. Những neutron dư thừa này sẽ va chạm với các nguyên tử urani-235 xung quanh khác, khiến chúng cũng bị tách ra và tạo ra thêm neutron theo hiệu ứng nhân, từ đó tạo ra phản ứng dây chuyền chỉ trong một phần nhỏ của giây.
Mỗi lần phản ứng xảy ra, năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt và bức xạ . Nhiệt lượng này có thể được chuyển hóa thành điện năng trong nhà máy điện hạt nhân, tương tự như cách nhiệt từ nhiên liệu hóa thạch như than đá, khí đốt và dầu mỏ được sử dụng để tạo ra điện.
Phân hạch hạt nhân (Hình ảnh: A. Vargas/IAEA)
Nhà máy điện hạt nhân hoạt động như thế nào?
Bên trong các nhà máy điện hạt nhân, lò phản ứng và thiết bị của chúng chứa và kiểm soát các phản ứng dây chuyền, thường được thúc đẩy bởi uranium-235, để tạo ra nhiệt thông qua quá trình phân hạch. Nhiệt lượng làm nóng chất làm mát của lò phản ứng, thường là nước, để tạo ra hơi nước. Hơi nước sau đó được dẫn đến để quay tua bin, kích hoạt máy phát điện để tạo ra điện năng ít phát thải carbon.
Bạn có thể tìm hiểu thêm chi tiết về các loại lò phản ứng hạt nhân khác nhau trên trang này .
Các lò phản ứng nước áp lực là loại được sử dụng nhiều nhất trên thế giới. (Hình ảnh: A. Vargas/IAEA)
Khai thác, làm giàu và xử lý urani
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: uranium-238 và uranium-235. Uranium-238 chiếm phần lớn lượng uranium trên thế giới nhưng không thể tạo ra phản ứng dây chuyền phân hạch, trong khi uranium-235 có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng bằng phản ứng phân hạch nhưng chỉ chiếm chưa đến 1% lượng uranium trên thế giới.
Để tăng khả năng phân hạch của urani tự nhiên, cần phải tăng lượng urani-235 trong mẫu bằng 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 hạt nhân từ ba đến năm năm, sau đó nó vẫn còn 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 thải, 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 để sản xuất điện từ uranium trong các lò phản ứng hạt nhân. Chu trình bắt đầu từ việc khai thác uranium và kết thúc bằng việc xử lý chất thải hạt nhân.
chất thải hạt nhân
Việc vận hành các nhà máy điện hạt nhân tạo ra chất thải có mức độ phóng xạ khác nhau. Việc quản lý chất thải này cũng khác nhau tùy thuộc vào mức độ phóng xạ và mục đích sử dụng. Xem hoạt hình 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 lượng chất thải. Nó là sản phẩm phụ của hàng triệu ca phẫu 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. 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 các lò phản ứng tiên tiến , sẽ tạo ra lượng chất thải hạt nhân ít hơn nhiều so với các lò phản ứng hiện nay. Dự kiến chúng có thể được khởi công xây dựng vào năm 2030.
Năng lượng hạt nhân và biến đổi khí hậu
Năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng ít phát thải carbon, bởi vì không giống như các nhà máy điện than, dầu mỏ hoặc khí đốt, các nhà máy điện hạt nhân hầu như không sản sinh ra CO2 trong quá trình hoạt động. Các lò phản ứng hạt nhân tạo ra khoảng một phần tư lượng điện ít phát thải carbon của thế giới và đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được các mục tiêu về biến đổi khí hậu.
Để tìm hiểu thêm về năng lượng hạt nhân và quá trình chuyển đổi năng lượng sạch, hãy đọc ấn bản này của Bản tin IAEA .
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 một cách 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 Các cột mốc (Milestones Approach ), IAEA cung cấp chuyên môn kỹ thuật và hướng dẫn cho các quốc gia muốn phát triển chương trình điện hạt nhân cũng như cho những quốc gia đang ngừng hoạt động các nhà máy hạt nhân của mình.
- Thông qua các hoạt động bảo vệ và kiểm chứng , IAEA giám sát việc đảm bảo vật liệu và công nghệ hạt nhân không bị chuyển hướng sử dụng cho mục đích 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 tháo dỡ các nhà máy điện hạt nhân cũng như quản lý chất thải hạt nhân.
- IAEA quản lý kho dự trữ uranium làm giàu thấp (LEU ) ở Kazakhstan, có thể được sử dụng như phương án cuối cùng bởi các quốc gia đang cần LEU khẩn cấp cho mục đích hòa bình.
- https://www.iaea.org/newscenter/news/what-is-nuclear-energy-the-science-of-nuclear-power
