Nhà máy điện hạt nhân
Chúng ta có thể tạo ra điện năng thông qua năng lượng hạt nhân. Trong trạm điện hạt nhân, điện năng được tạo ra thông qua phản ứng hạt nhân. Ở đây, các nguyên tố phóng xạ nặng như Uran (U235) hoặc Thorium (Th232) được đưa vào quá trình phân hạch hạt nhân. Quá trình phân hạch này được thực hiện trong một thiết bị đặc biệt gọi là lò phản ứng.
Phân hạch hạt nhân là gì?
Trong quá trình phân hạch, nhân của các nguyên tử phóng xạ nặng bị chia thành hai phần gần bằng nhau. Trong quá trình này, một lượng lớn năng lượng được giải phóng. Sự giải phóng năng lượng này do sự thiếu hụt khối lượng. Điều đó có nghĩa là tổng khối lượng của sản phẩm ban đầu sẽ giảm đi trong quá trình phân hạch. Sự mất mát khối lượng trong quá trình phân hạch được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt theo phương trình nổi tiếng của Albert Einstein.
Nguyên lý cơ bản của trạm điện hạt nhân tương tự như trạm điện nhiệt thông thường. Sự khác biệt duy nhất là thay vì sử dụng nhiệt sinh ra do đốt cháy than, ở trạm điện hạt nhân, nhiệt sinh ra do phân hạch hạt nhân được sử dụng để tạo hơi nước từ nước trong nồi hơi. Hơi nước này được sử dụng để điều khiển tua-bin hơi.
Tua-bin này là động cơ chính của máy phát điện xoay chiều. Máy phát điện này tạo ra năng lượng điện. Mặc dù nhiên liệu hạt nhân không nhiều nhưng một lượng nhỏ nhiên liệu hạt nhân có thể tạo ra một lượng lớn năng lượng điện.
Đây là đặc điểm độc đáo của nhà máy điện hạt nhân. Một kg urani tương đương với 4500 tấn than chất lượng cao. Điều đó có nghĩa là phân hạch hoàn toàn 1 kg urani có thể tạo ra lượng nhiệt tương đương với việc đốt cháy hoàn toàn 4500 tấn than chất lượng cao.
Đó là lý do tại sao, mặc dù nhiên liệu hạt nhân đắt hơn, chi phí nhiên liệu hạt nhân cho mỗi đơn vị năng lượng điện vẫn thấp hơn so với chi phí năng lượng được tạo ra bằng các loại nhiên liệu khác như than và dầu diesel. Để đối phó với cuộc khủng hoảng nhiên liệu truyền thống trong thời đại hiện nay, trạm điện hạt nhân có thể là lựa chọn thay thế phù hợp nhất.
Lợi ích của Trạm Điện Hạt Nhân
Như chúng tôi đã nói, tiêu thụ nhiên liệu trong trạm điện này khá thấp và do đó, chi phí để tạo ra một đơn vị năng lượng ít hơn nhiều so với các phương pháp tạo năng lượng truyền thống. Lượng nhiên liệu hạt nhân cần thiết cũng ít hơn.
Một trạm điện hạt nhân chiếm diện tích nhỏ hơn nhiều so với các trạm điện truyền thống cùng công suất.
Trạm này không yêu cầu nhiều nước, do đó không cần thiết phải xây dựng nhà máy gần nguồn nước tự nhiên. Điều này cũng không yêu cầu một lượng lớn nhiên liệu, do đó cũng không cần thiết phải xây dựng nhà máy gần mỏ than hoặc nơi có cơ sở vận chuyển tốt. Vì vậy, trạm điện hạt nhân có thể được xây dựng rất gần trung tâm tải.
Có nhiều trữ lượng nhiên liệu hạt nhân trên toàn cầu, do đó các nhà máy như vậy có thể đảm bảo cung cấp năng lượng điện liên tục trong hàng nghìn năm tới.
Nhược điểm của Nhà Máy Điện Hạt Nhân
Nhiên liệu không dễ dàng có được và rất đắt đỏ.
Chi phí ban đầu để xây dựng một trạm điện hạt nhân rất cao.
Việc lắp đặt và đưa vào hoạt động của nhà máy này phức tạp và tinh vi hơn so với các trạm điện truyền thống khác.
Sản phẩm phụ của quá trình phân hạch có tính phóng xạ và có thể gây ô nhiễm phóng xạ cao.
Chi phí bảo trì cao hơn và số lượng lao động cần thiết để vận hành một nhà máy điện hạt nhân cũng cao hơn vì cần người lao động được đào tạo chuyên môn.
Sự dao động đột ngột của tải không thể được đáp ứng hiệu quả bởi các nhà máy hạt nhân.
Do sản phẩm phụ của các phản ứng hạt nhân có tính phóng xạ cao, việc xử lý các sản phẩm phụ này là một vấn đề rất lớn. Chúng chỉ có thể được xử lý sâu dưới lòng đất hoặc ở biển xa bờ.
Các Thành Phần Khác Nhau của Trạm Điện Hạt Nhân
Một trạm điện hạt nhân có chủ yếu bốn thành phần.
Lò phản ứng hạt nhân
Máy trao đổi nhiệt
Tua-bin hơi
Máy phát điện xoay chiều
Hãy thảo luận về các thành phần này từng cái một:
Lò Phản Ứng Hạt Nhân
Trong lò phản ứng hạt nhân, Uran 235 được đưa vào quá trình phân hạch. Nó kiểm soát chuỗi phản ứng bắt đầu khi phân hạch được thực hiện. Chuỗi phản ứng phải được kiểm soát, nếu không tốc độ năng lượng được giải phóng sẽ nhanh chóng, có thể dẫn đến nguy cơ nổ lớn. Trong quá trình phân hạch, nhân của nhiên liệu hạt nhân, chẳng hạn như U235, bị đánh bom bởi dòng neutron chậm. Do việc đánh bom này, nhân của Uran bị phá vỡ, gây ra sự giải phóng năng lượng nhiệt lớn và trong quá trình phá vỡ nhân, một số neutron cũng được phát ra.
Những neutron phát ra này được gọi là neutron phân hạch. Những neutron phân hạch này gây ra phân hạch tiếp theo. Phân hạch tiếp theo tạo ra thêm neutron phân hạch, làm tăng tốc độ phân hạch. Đây là một quá trình cộng dồn.
Nếu quá trình không được kiểm soát, trong thời gian rất ngắn, tốc độ phân hạch trở nên rất cao, giải phóng một lượng năng lượng lớn, có thể dẫn đến nổ nguy hiểm. Quá trình cộng dồn này được gọi là chuỗi phản ứng. Chuỗi phản ứng này chỉ có thể được kiểm soát bằng cách loại bỏ neutron phân hạch khỏi lò phản ứng hạt nhân. Tốc độ phân hạch có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi tốc độ loại bỏ neutron phân hạch từ lò phản ứng.
Lò phản ứng hạt nhân là một hình trụ áp lực. Các que nhiên liệu được làm từ nhiên liệu hạt nhân, tức là Uran, được bao phủ bởi chất làm chậm, thường được làm từ than đá. Chất làm chậm làm chậm neutron trước khi va chạm với nhân Uran. Các que điều khiển được làm từ cadmium vì cadmium là chất hấp thụ neutron mạnh.
Các que điều khiển được cắm vào buồng phân hạch. Các que cadmium này có thể được đẩy xuống và kéo lên theo yêu cầu. Khi các que này được đẩy xuống đủ, hầu hết các neutron phân hạch được hấp thụ bởi các que, do đó chuỗi phản ứng dừng lại. Ngược lại, khi các que điều khiển được kéo lên, số lượng neutron phân hạch có sẵn tăng lên, làm tăng tốc độ chuỗi phản ứng.
Do đó, rõ ràng rằng bằng cách điều chỉnh vị trí của các que điều khiển, tốc độ phản ứng hạt nhân có thể được kiểm soát và do đó, việc tạo ra năng lượng điện có thể được kiểm soát theo nhu cầu tải. Trong thực tế, việc đẩy và kéo các que điều khiển được kiểm soát bởi hệ thống phản hồi tự động theo yêu cầu của tải. Nó không được kiểm soát thủ công. Năng lượng nhiệt được giải phóng trong quá trình phản ứng hạt nhân được chuyển đến máy trao đổi nhiệt bằng chất làm lạnh gồm kim loại natri.
Máy Trao Đổi Nhiệt
Trong máy trao đổi nhiệt, nhiệt được mang bởi kim loại natri được tỏa ra trong nước và nước được chuyển đổi thành hơi nước áp suất cao. Sau khi giải phóng nhiệt vào nước, chất làm lạnh natri quay trở lại lò phản ứng thông qua bơm tuần hoàn chất làm lạnh.
Tua-bin Hơi
Trong nhà máy điện hạt nhân, tua-bin hơi đóng vai trò tương tự như trong nhà máy điện than. Hơi nước điều khiển tua-bin theo cách tương tự. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, hơi nước thải ra vào máy ngưng tụ hơi, nơi nó được ngưng tụ để tạo không gian cho hơi phía sau.
Máy Phát Điện Xoay Chiều
Máy phát điện xoay chiều, kết hợp với tua-bin, quay và tạo ra năng lượng điện, để sử dụng. Đầu ra từ máy phát điện được chuyển đến thanh bus thông qua biến áp, cầu chì và bộ cách ly.
