Tìm hiểu nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân

Công dụng chính của năng lượng hạt nhân hiện nay là sản xuất điện. Loại điện năng này được sản xuất trong các nhà máy điện hạt nhân. Hãy tìm hiểu nguyên lý làm việc của chúng trong bài viết dưới đây.
Tìm hiểu nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân


Nhà máy điện hạt nhân hoạt động gần tương tự như nhà máy nhiệt điện Nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân cũng giống như hoạt động của các nhà máy nhiệt điện. Nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch (than, dầu hoặc khí đốt…) để tạo ra điện. Còn nhà máy điện hạt nhân sử dụng nhiệt lượng từ các phản ứng phân hạch hạt nhân để điều khiển các tuabin quay, từ đó tạo ra điện năng.


Phản ứng phân hạch hạt nhân

Trong các lò phản ứng hạt nhân, quá trình tạo nhiệt này được thực hiện bởi các phản ứng phân hạch của các nhiên liệu hạt nhân, mà phổ biến nhất là Urani.

Các loại lò phản ứng điện hạt nhân

90% lò phản ứng điện hạt nhân trên thế giới hiện nay thuộc loại lò phản ứng nước nhẹ. Có 3 dạng lò phản ứng nước nhẹ. Bao gồm lò phản ứng nước áp lực, lò phản ứng nước sôi và (hầu hết thiết kế của) lò phản ứng nước siêu tới hạn.

Lò phản ứng nước nhẹ là một kiểu lò phản ứng hạt nhân nơ-tron nhiệt sử dụng nước thường làm chất làm lạnh và điều hòa nơ-tron. Các lò phản ứng nơ-tron nhiệt là loại lò phản ứng hạt nhân phổ biến nhất. Và các lò phản ứng nước nhẹ là phổ biến nhất trong các lò phản ứng nơ-tron nhiệt. Những nội dung tiếp theo cũng sẽ tập trung mô tả hoạt động của nhà máy điện hạt nhân nước nhẹ.

Hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân nước nhẹ

Chu trình hoạt động cơ bản của nhà máy điện hạt nhân với lò phản ứng nước áp lực có thể được đơn giản hóa trong 4 bước sau:

Hấp thu nhiệt lượng từ phản ứng phân hạch của các nhiên liệu hạt nhân.
Tạo ra hơi nước trong bộ tạo nhiệt bằng nhiệt lượng thu được trước đó.
Làm quay bộ tua bin bằng cách sử dụng hơi nước tạo ra ở trên.
Tận dụng năng lượng cơ học của tuabin để chạy máy phát điện. Máy phát điện này sẽ tạo ra điện năng.


Chu trình sản xuất điện của nhà máy điện hạt nhân

Sự biến đổi của năng lượng trong quá trình sản xuất điện hạt nhân

Từ chu trình này, có thể thấy năng lượng được biến đổi qua từng giai đoạn. Ban đầu chúng ta có năng lượng hạt nhân. Sau khi bị phá vỡ bởi phản ứng nhiệt hạch, nó trở thành nhiệt lượng. Một phần nhiệt lượng được chuyển đổi thành nội năng của nước bằng cách trở thành hơi nước theo các nguyên tắc nhiệt động lực học. Nội năng và nhiệt năng của nước được chuyển thành động năng khi tuabin được kích hoạt. Cuối cùng, máy phát điện chuyển đổi động năng thành điện năng.

Lò phản ứng hạt nhân

Hiệu suất của lò phản ứng hạt nhân dựa trên lượng nhiệt lượng thu được từ quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân. Lượng nhiệt lượng này sẽ được chuyển đổi thành cơ năng thông qua các tuabin. Cuối cùng, cơ năng này sẽ được chuyển đổi thành điện năng bằng máy phát điện.

Lò phản ứng hạt nhân chịu trách nhiệm xử lý phân hạch nguyên tử nhằm tạo ra rất nhiều nhiệt lượng. Với lượng nhiệt này, lò phản ứng chuyển đổi nước thành hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao.


Một nhà máy điện hạt nhân có nhiều lò phản ứng

Sự sản xuất điện trong nhà máy điện hạt nhân

Hơi nước thoát ra khỏi tòa nhà ngăn chặn do áp suất cao mà nó phải chịu. Cho đến khi nó chạm tới tuabin, làm cho tuabin quay. Tại thời điểm này, một phần nhiệt lượng của hơi nước đang được chuyển thành động năng. Tua bin này được kết nối với một máy phát điện. Theo đó động năng được chuyển thành điện năng.

Mặt khác, hơi nước đã thoát ra khỏi tuabin, mặc dù đã bị mất nhiệt lượng, vẫn tiếp tục tồn tại ở thể khí và rất ấm. Để tái sử dụng nước có trong lượng hơi nước này, người ta cần phải làm lạnh nó trước khi đưa nó trở lại chu trình. Sau khi ra khỏi tuabin, hơi nước đi vào buồng ngưng tụ. Tại đây nó sẽ nguội đi và hóa lỏng khi tiếp xúc với đường ống dẫn nước lạnh. Tiếp theo, người ta sử dụng máy bơm để bởm nước ngược trở lại lò phản ứng hạt nhân. Chu trình tạo ra điện sẽ được lặp lại.

Chu trình này lí giải tại sao các nhà máy hạt nhân luôn được lắp đặt gần nguồn cung cấp nước lạnh (biển, sông, hồ) dồi dào để đưa nước này vào buồng ngưng tụ. Cột khói trắng nổi lên từ các nhà máy chính là hơi nước bốc lên khi quá trình sản xuất điện diễn ra.


Các nhà máy điện hạt nhân thường được xây dựng gần nguồn nước

Vậy là chúng ta đã cùng tìm hiểu về nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân. Hi vọng bài viết đã cung cấp những thông tin hữu ích cho bạn.

---

Những rủi ro của nhà máy điện hạt nhân nổi trên Biển Đông




Một nhà máy điện hạt nhân xây dựng với số vốn rất lớn. Một khi có rủi ro xảy ra thiệt hại của nó không hề nhỏ. Nhắc đến điều này ai cũng lo sợ. Vốn dĩ nhà máy điện hạt nhân ở trên mặt đất khi có sự cố xảy ra, thiệt hại của nó khó có thể khắc phục. Có khi mất đến mười năm, hai mươi năm, có thể nhiều hơn nữa. Nhà máy điện hạt nhân nổi trên biển thì sao nhỉ? khi sự cố xảy ra thiệt hại của chúng mang đến cho con người sẽ ra sao?

Bản chất của điện hạt nhân là gì?

Về cơ bản, năng lượng hạt nhân được lấy từ việc chia tách hạt nhân nguyên tử trong lò phản ứng hạt nhân. Có 3 phương pháp chính để có thể lấy được loại năng lượng này:

+ Phân hạch hạt nhân
+ Tổng hợp hạt nhân
+ Phân rã phóng xạ.
Tuy nhiên, phương pháp phân hạch hạt nhân là được sử dụng một cách rộng rãi nhất.

Phản ứng phân hạch hạt nhân là gì?

Phân hạch hạt nhân còn gọi là phản ứng phân rã nguyên tử. Trong phân rã nguyên tử, hạt nhân nguyên tử bị chia làm hai hoặc nhiều hạt nhỏ hơn. Một số phần thừa như (neutron, photon…).

Quá trình này tỏa ra một lượng năng lượng đáng kể. Đây chính là nguồn năng lượng hạt nhân. Năng phản ứng hạt nhân được sử dụng rộng rãi nhất là chuyển hóa từ đồng vị Uranium 235 lên Uranium 236. Sau đó phân tách thành Kr 92 và Ba 141. Quá trình này tạo ra một lượng năng lượng vô cùng lớn.


Minh họa nguyên tắc làm việc của lò phản ứng nước áp lực

Nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên của Trung Quốc tại Biển Đông

Báo chí Trung Quốc dẫn lời một quan chức của Tập đoàn hạt nhân quốc gia Trung Quốc (CNNC) cho biết: Trong năm nay, Trung Quốc sẽ bắt đầu xây dựng nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên trên Biển Đông.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu năng lượng hạt nhân cho rằng việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân nổi trên biển tiềm ẩn nhiều nguy hiểm. Cho dù đó là một vụ tràn phóng xạ ra biển, hay hư hại khoang chứa do các cơn bảo nhiệt đới. Hay là một vụ va chạn với các tàu đi qua. Chúng đều có tác động nghiêm trọng về môi trường, kinh tế và tâm lý đối với khu vực.

Các rủi ro khi vận hành

+ Có những thách thức nghiêm trọng của việc quản lý an toàn vận hành cho các nhà máy điện hạt nhân nổi. Do tính mới lạ của công nghệ, các điều kiện vận hành khó khăn hơn và các hạn chế an toàn của các nhà máy.

+ Kế hoạch vận hành các nhà máy điện hạt nhân nổi trên Biển Đông cũng sẽ tạo ra các vấn đề về hợp tác an toàn hạt nhân với các nước ven biển Đông Nam Á.

Một quốc gia cần phê chuẩn Công ước về an toàn hạt nhân và tham gia quá trình đánh giá của Công ước này bằng cách gửi một báo cáo quốc gia tới IAEA. Để chứng minh sự an toàn của chương trình hạt nhân của mình trước cộng đồng Quốc tế. IAEA là cuộc họp đánh giá được IAEA tổ chức 3 năm một lần.

Sau khi đã bắt đầu thực thi Công ước kể từ năm 1996, Trung Quốc thường xuyên gửi báo cáo quốc gia về an toàn hạt nhân của mình tới IAEA. Trong đó bao gồm một bản đồ với các tuyên bố chủ quyền của Trung Quốc trên Biển Đông. Do các báo cáo này thường được công bố với các bên thứ ba. Các quốc gia Đông Nam Á có thể xác minh liệu Trung Quốc có thực thi các biện pháp an toàn cần thiết cho các cơ sở hạt nhân dân sự của nước này và khu vực Đông Nam Á hay không.

Nguyên lý hoạt động của Nhà Máy Điện Hạt Nhân



Nguồn: Tìm hiểu nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân