Năng lượng hạt nhân: sạch và đáng tin cậy. Nó có đủ an toàn không?

13 minute read

Updated on Sat Apr 03 2021

Tại sao lại là Hạt nhân?

Không như các nhiên liệu hóa thạch như than đá và khí đốt, năng lượng hạt nhân gần như không phát thải CO₂.

Nếu tất cả lượng năng lượng chúng ta sử dụng ngày nay đều được sản xuất từ hạt nhân, lĩnh vực năng lượng sẽ phát thải ra lượng CO₂ ít hơn bao nhiêu


Phát thải CO₂-eq của 100% Hạt nhân so với hỗn hợp năng lượng ngày nay

Trên hết, hạt nhân có thể cung cấp lượng điện năng đáng tin cậy mọi lúc vì nó không phụ thuộc vào thời tiết. Điều này nghe có vẻ đầy hứa hẹn nhỉ, vậy chúng ta hãy tìm hiểu nó chi tiết hơn một chút nào.

Chúng ta làm thế nào để lấy năng lượng từ việc phân tách các nguyên tử?

Bạn đã nghe nói về phương trình của Einstein "E=mc²" bao giờ chưa? Phương trình này về cơ bản nói rằng chúng ta có thể chuyển đổi khối lượng thành năng lượng (và ngược lại) đó! Và đó cũng giải thích chính xác nguồn năng lượng từ nhà máy điện hạt nhân đến từ đâu.

Nguyên tử được cấu tạo từ các hạt proton, neutron và electron. Các proton và neutron nằm ở trung tâm của nguyên tử (được gọi là 'hạt nhân'). Các proton mang điện tích dương, các electron mang điện tích âm và neutron không mang điện tích nào cả.

Nguyên tử Heli

Lò phản ứng hạt nhân sử dụng nguyên tử Uranium-235, một biến thể của Uranium có 92 proton và 143 neutron. Nó được gọi là nguyên tử Uranium-235 vì 92+143=235.

Khi bạn bắn một hạt neutron về phía nguyên tử U-235, nó sẽ tách ra thành:

  • Hai nguyên tử nhỏ hơn
  • Một số hạt neutron (có thể lên đến 5 nhưng trung bình là 2 hoặc 3; điều này hơi ngẫu nhiên trong mỗi lần phân tách)
  • Một số năng lượng ở dưới dạng nhiệt. Đây là nơi chúng ta lấy năng lượng!
Phân tách Uranium

Sự khác biệt giữa bom hạt nhân và nhà máy điện hạt nhân là gì?

Một neutron khiến một nguyên tử U-235 tách ra, giải phóng năng lượng và nhiều neutron hơn. Những neutron mới này khiến nhiều nguyên tử U-235 tách ra, và quá trình này cứ lặp lại. Vậy nên, nếu bạn gom nhiều nguyên tử U-235 vào một chỗ, bạn sẽ có được...

Chuỗi phản ứng hạt nhân

Tại sao đây là một vấn đề chứ?


Nếu mỗi lần phân tách gây ra hai và nhiều lần phân tách khác, tất cả các điện năng sẽ được giải phóng rất nhanh. Về cơ bản đây là những gì xảy ra trong một quả bom hạt nhân. Trong các lò phản ứng điện hạt nhân, chúng ta muốn trung bình mỗi lần phân tách sẽ chỉ gây ra thêm chính xác một lần phân tách mà thôi. Điều này giữ cho lò ổn định và bền vững.

Chuỗi phản ứng hạt nhân ổn định

Điều này có thể đạt được với kĩ thuật thông minh hơn mà ta đề cập chi tiết hơn trong phiên bản "Nâng cao" của khóa học này.

Lò phản ứng hạt nhân hoạt động như thế nào?

Loại lò phản ứng phổ biến nhất hiện này là Lò phản ứng nước áp lực (PWR). Nó chứa hai mạch đầy nước. Mạch đầu tiên được gọi là mạch chính, là nơi diễn ra sự phân tách của nguyên tử Uranium-235, làm nước trong mạch này rất nóng.

Lò phản ứng nước áp lực 1

Nước nóng của mạch chính sau đó chạy qua một đường ống đi qua một mạch nước riêng biệt -mạch thứ cấp. Hơi nước được tạo ra từ việc đun sôi ở mạch nước thứ hai này sau đó được sử dụng để quay tuabin, tạo ra điện.

Lò phản ứng nước áp lực 2

Điện hạt nhân có an toàn không?

Điều gì có thể xảy ra trong quá trình trên?


Tất cả những điều trên đều là vấn đề cả. Hãy cùng nhìn vào những con số nào. Hạt nhân gây ra nhiều hay ít ca tử vong hơn than đá (trên mỗi đơn vị điện được sản xuất) thế?


Sự an toàn của Hạt nhân so với Than đá

Trái với suy nghĩ của nhiều người, tai nạn hạt nhân cực kỳ khó xảy ra và hoàn toàn gây ra ít ca tử vong hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch (chủ yếu là do việc đốt nhiên liệu hóa thạch gây nên sự ô nhiễm không khí chết người).

Tuy nhiên, công bằng mà nói, việc xây dựng lò phản ứng hạt nhân một cách thành thạo hơn cũng giúp các quốc gia chế tạo bom tốt hơn.

Nhược điểm khác của quá trình phân hạt nhân là chất thải phóng xạ. Tính đến nay, có 90.000 tấn chất thải độc hại ở Hoa Kỳ (cỡ như một sân bóng đá sâu 20 mét).
Mặc dù chúng ta biết cách lưu trữ tạm thời lượng chất thải này, chúng ta vẫn chưa có giải pháp lâu dài cho chúng.

Ở phiên bản "Nâng cao" của khóa học này, chúng ta sẽ thảo luận về các lò phản ứng hoàn toàn mới có thể hỗ trợ những vấn đề này.

Bên cạnh nhận thức của công chúng về khía cạnh an toàn của điện hạt nhân, một vấn đề ta không thể chối bỏ được là việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân mới rất tốn kém. Trên thực tế, việc xây dựng các lò phản ứng ở nhiều quốc gia, bao gồm cả Hoa Kỳ không được coi là có lợi nhuận.

Kết luận

Hạt nhân là một nguồn năng lượng gần như không thải cacbon và đáng tin cậy.

Trong khi việc xây dựng các nhà máy hạt nhân mới đã trở nên không có lợi về kinh tế ở phương Tây, việc đóng các lò phản ứng mà chúng ta đã xây dựng chỉ loại bỏ một giải pháp thay thế an toàn và gần như không có cacbon cho than mà thôi. Hơn nữa, các quốc gia như Trung Quốc và Ấn Độ đang xây dựng các nhà máy hạt nhân mới - và điều đó tốt cho khí hậu!

Điện hạt nhân ngày nay gặp vấn đề về chất thải, nhưng vấn đề này cần được đặt lên bàn cân so với những vấn đề từ với giải pháp thay thế cho nó: phát thải CO₂ từ nhiên liệu hóa thạch. Các vụ nổ rất hiếm khi xảy ra và gây ra rất ít ca tử vong nên trên thực tế, hạt nhân là một trong những dạng năng lượng an toàn nhất hiện có đó!

Chương tiếp theo