Năng lượng hạt nhân

Phần 1: Những phương pháp sản xuất năng lượng hạt nhân Ngoài thiên nhiên nguyên tử uranium có tất cả ba đồng vị : 99,3 phần trăm đồng vị 238U, 0,7 phần trăm đồng vị235U, và một tỷ lệ không đáng kể đồng vị238234U. Đồng vị235U làđồng vị khả phân tự nhiên duy nhất có khả năng sản xuất năng lượng và sinh ra neutron để duy trì dây chuyền phản ứng. Đồng vị neutron, trở thành đồng vị khả phân 239Pu. Những hạt nhân deuterium và tritium hợp nhất với nhau cũng sinh ra năng lượng. Deuterium là...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Năng lượng hạt nhân Năng lượng hạt nhânPhần 1: Những phương pháp sản xuất năng lượng hạt nhânNgoài thiên nhiên nguyên t ử uranium có tất cả ba đồng vị : 99,3 phần trăm đồng vị 238U, 235 234 2350,7 phần trăm đồng vị U, và một tỷ lệ không đáng kể đồng vị U. Đồng vị U làđồng vị khả phân tự nhiên duy nhất có khả năng sản xuất năng lượng và sinh ra neutron 238để duy trì dây chuyền phản ứng. Đồng vị U là đồng vị phong phú[2] có thể hấp thụneutron và, do đó, có khả năng làm tắt dây chuyền phản ứng nhưng, một khi hấp thụ mộtneutron, trở thành đồng vị khả phân 239Pu.Những hạt nhân deuterium và tritium hợp nhất với nhau cũng sinh ra năng lượng.Deuterium là một đồng vị của khí hydro có nhiều ngo ài thiên nhiên, chủ yếu trong nướcbiển. Tritium là một đồng vị nhân tạo được chế tạo từ phản ứng phân hạch một hạtlithium với một neutron. Những nguyên tử lithium cũng có rất nhiều trong nước biển.Nếu thực hiện được phản ứng hợp nhất hạt deuterium với hạt tritium một cách đại tràngthì nhân loại sẽ có được một nguồn năng lượng gần như là vô tận. Nghiên cứu và pháttriển phương pháp sản xuất năng lượng này phức tạp và tốn kém. Vì thế mà hầu như tấtcả các nước công nghệ tiên tiến phải liên kết để chia với nhau chi phí nghiên cứu khaitriển[3] : sáu cường quốc, Đại-hàn, Hoa-kỳ, Liên-hiệp Âu Châu, Nga, Nhật-bản vàTrung-quốc, hiệp sức để khai triển máy hợp nhất hạt nhân ITER (InternationalThermonuclear Experimental Reactor, Lò Phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế). Khiđang viết bài này các cường quốc đó đang quyết định đặt trung tâm nghiên cứu ở Pháphay ở Nhật.Hiện nay chưa ai biết được khi nào chương tr ình nghiên cứu những quy tr ình hợp nhấthạt nhân sẽ đạt kết quả. Trong khi chờ đợi thời đại ho àng kim đó, năng lượng hạt nhânđược sản xuất nhờ những phản ứng phân hạch hạt nhân.Phương pháp phân hạch một hạt nhân hiển nhiên nhất là bắn một hạt nhỏ vào hạt nhânđó. Cụ thể thì chúng ta tăng tốc những proton trong một hệ tăng tốc rồi bắn những protonđó vào một lò phản ứng chứa uranium tự nhiên. Những hạt nhân uranium bị đập vỡ sinhra năng lượng. Sau phản ứng phân hạch này thì những neutron bị bắn ra một phần bị hạt 238 239 U hấp thụ để biến đồng vị pho ng phú đó thành đồng vị khả phân Pu và mộtnhânphần va chạm với những vật có mặt trong lò phản ứng, giảm tốc độ và sinh ra năng lượng 235 239sau khi đập vỡ những hạt U có mặt trong uranium tự nhiên và những hạt Pu sinh ratrước đây. Dây chuyền phản ứng có thể duy trì một cách tự nhiên. Nhưng nếu có triệuchứng sắp bị tắt thì chỉ cần bắn vào lò phản ứng thêm một tia proton từ hệ tăng tốc là cóthể khích động lại dây chuyền phản ứng.Quy trình hỗn hợp tăng tốc proton và phân hạch hạt nhân này mới được sáng chế. Chúngtôi không biết đã có nguyên mẫu nào chưa. Nhưng đã có những lò phản ứng điều hànhnhư vậy mà không có bộ tăng tốc proton mà chúng ta gọi là những lò phản ứng neutronmau lẹ.Thực ra một lò phản ứng neutron mau lẹ dùng cả neutron mau lẹ để sản xuất đồng vị239 Pu, một đồng vị khả phân, lẫn neutron đã được giảm tốc để gây ra những phản ứngphân hạch và sinh ra năng lượng. Neutron bắn ra từ những phản ứng phân hạch có tốc độ20.000 km/giây. Muốn có thể gây ra một phản ứng phân hạch với một hạt nhân 235U khácthì neutron đó phải va chạm với một số hạt nhân có mặt trong lò phản ứng để cho tốc độgiảm xuống 2.000 m/giây. 239Khi một lò phản ứng sản xuất những hạt Pu với những phản ứng hấp thụ nhiều hơn làđập vỡ chúng với những phản ứng phân hạch thì chúng ta gọi là lò bội sinh. Nhứng lò bộisinh tiêu thụ một phần plutonium được sản xuất như vậy và phần còn lại có thể dùng làmnhiên liệu cho những nhà máy hạt nhân chỉ chạy bằng những phản ứng phân hạch.Những lò phản ứng neutron mau lẹ được khai triển từ đầu kỷ nguyên năng lượng hạtnhân. Hiện nay chỉ có những lò thí nghiệm vận hành mà thôi. Nhà máy điện hạt nhânthương mại theo công nghệ neutron mau lẹ duy nhất là nhà máy Superphenix ở CreysMalville bên Pháp. Nhà máy này chạy thử để hiệu chỉnh vài năm rồi bị chính phủ Pháp ralệnh ngưng hoạt đồng và tháo rỡ. Lý do chính là vấn đề chất lưu chuyển nhiệt từ lòng lòphản ứng ra ngoài chưa được giải quyết ổn thỏa : chất lưu chuyển nhiệt là natri nấu chảy,một vật có phản ứng nổ khi chạm với nước. Có người nghĩ rằng thay thế natri bằng chìnấu chảy thì sẽ an toàn hơn. Lý do phụ là những xí nghiệp vũ khí dành plutonium để sảnxuất bom nguyên tử và Thế giới hiện đang thiếu plutonium để khởi động đại tr àng nhữngnhà máy hạt nhân neutron mau lẹ[4].Những lò phản ứng hỗn ...