Báo cáo môn học Năng lượng tái tạo Đề tài: Năng lượng hạt nhân

Chương 2: Đại Cương Về Năng Lượng Hạt Nhân Trong thời gian Đại chiến thế giới lần thứ II 1945, các nghiên cứu về hiện tượng phân hạch được tiếp tục tiến hành ở Mỹ, với sự tham gia của cá

Trang 1

NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

GVHD: Đào Khánh Châu Lớp: 13DMT2LT2

SVTH: 1 Lê Văn Lợi

2 Đinh Hồng Lâm

3 Phạm Việt Cường

4 Nguyễn Thị Thanh Yên

5 Nguyễn Thị Thu Hường

MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI Khoa Thực phẩm- Môi trường- Điều dưỡng

Trang 3

Chương 1: Tổng Quan

Cuộc sống của chúng ta trên trái đất hiện nay luôn gắn liền với việc sản xuất và tiêu thụ với nhịp độ ngày càng cao điện năng

và sử dụng các dạng nhiên liệu khác nhau do nhu cầu của cuộc sống

Trữ lượng khai thác các nhiên liệu này như dầu mỏ, khí tự nhiên, than…, dù có lớn đến đâu thì cũng đến lúc phải cạn kiệt Đến lúc đó cuộc sống của con người rồi sẽ ra sao?

Trang 4

Chương 1: Tổng Quan

Trước tình hình đó, không ít các nhà khoa học đã tìm đến nguồn năng lượng hạt nhân và khẳng định hạt nhân chính là giải pháp hữu hiệu nhất cho vấn đề khủng hoảng năng lượng trên Trái Đất; hạt nhân

là giải pháp bảo vệ môi trường, là cách giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính

Trang 5

Chương 2: Đại Cương Về Năng Lượng

Hạt Nhân

2.1 Khái Niệm Năng lượng hạt nhân:

là một loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên

tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát Phương pháp duy nhất được sử dụng hiện nay là phân hạch hạt nhân, mặc dù các phương pháp khác có thể bao gồm tổng hợp hạt nhân

và phân rã phóng xạ Tất cả các lò phản ứng với nhiều kích thước và mục đích sử dụng khác nhau đều dùng nước được nung nóng để tạo ra hơi nước và sau đó được chuyển thành cơ năng

để phát điện hoặc tạo lực đẩy

Trang 6

Hạt Nhân

2.2 Lịch sử năng lượng hạt nhân

Lịch sử của năng lượng hạt nhân khởi đầu với việc xây dựng mô hình nguyên tử Năm

1912, nhà vật lý Ernest Rutherford (1871 - 1937) người Anh, sau khi phát hiện ra hạt nhân nguyên tử đã cùng với nhà vật lý Niels Bohr (1885 - 1962) người Đan Mạch

Trang 7

Hạt Nhân

Năm 1913, Rutherford phát hiện ra proton

Năm 1932, nhà vật lý James Chadwick (1891 - 1974) người Anh phát hiện ra nơtron

Năm 1939, nhà vật lý Frederic Joliot-Curie (1900 - 1958) người Pháp cùng với Lew Kowaski và Hans Von Halban đã chứng minh rằng hiện tượng phân

rã hạt nhân (phân hạch) urani kéo theo sự toả nhiệt rất lớn Việc phát hiện ra phản ứng dây chuyền sau này cho phép khai thác năng lượng hạt nhân

Trang 8

Hạt Nhân

Trong thời gian Đại chiến thế giới lần thứ II 1945), các nghiên cứu về hiện tượng phân hạch được tiếp tục tiến hành ở Mỹ, với sự tham gia của các nhà khoa học từ Châu Âu di cư sang đó Mục đích chế tạo vũ khí hạt nhân

(1939-Ngay sau chiến tranh, những nghiên cứu về năng lượng phân hạch được tiếp tục tiến hành để sử dụng vào mục đích dân sự trong các lĩnh vực nghiên cứu, y tế, năng lượng, công nghiệp, an ninh

và quốc phòng

Trang 9

Hạt Nhân

2.3 Cấu tạo hạt nhân:

Hạt nhân nguyên tử cấu tạo bởi hai loại hạt sau:

- Proton (ký hiệu p) là hạt mang điện dương, về trị

số tuyệt đối bằng điện tích nguyên tố e của electron (1,6.10-19C ), có khối lượng nghỉ mp=1,67252.10-27 kg

- Nơ tron (ký hiệu là n) là hạt không mang điện,

có khối lượng nghỉ mn=1,67482.10-27 kg

Trang 10

Hạt Nhân

2.4 Phản ứng hạt nhân

- là một quá trình vật lý, trong đấy xảy ra tương tác mạnh của hạt nhân với một hạt nhân khác hoặc với một nuclon ở khoảng cách nhỏ khoảng

fm, qua quá trình này hạt nhân nguyên tử thay đổi trạng thái ban đầu (thành phần, năng lượng ) hoặc tạo ra hạt nhân mới hay các hạt mới và giải phóng ra năng lượng

- Có hai loại phản ứng hạt nhân giải phóng năng lượng:

Trang 11

Hạt Nhân

2.4.1 Phản ứng nhiệt hạch

Phản ứng nhiệt hạch hay tổng hợp nhiệt hạch là việc kết hợp các hạt nhân nhẹ để tạo nên các hạt nhân trung bình (giữa hêli, nguyên tử lượng là 4

và sắt, nguyên tử lượng là 56) Phản ứng này kéo theo sự giải phóng năng lượng rất lớn

Phản ứng này rất khó thực hiện bởi vì lực hạt nhân, có tác dụng kéo lại gần nhau và liên kết các nucleon chỉ tác động ở khoảng cách rất ngắn, trong khi đó lực điện tạo nên hàng rào đẩy, ngăn không cho các hạt nhân nguyên tử tích điện dương lại gần nhau

Trang 12

Hạt Nhân

a) Tổng hợp trong tự nhiên

Trong tự nhiên, tổng hợp hạt nhân tồn tại trong các môi trường có nhiệt độ cực cao ở các ngôi sao, ví dụ như mặt trời Bên trong mặt trời, nhiệt

độ lên tới hàng chục triệu độ cho phép xảy ra sự tổng hợp các hạt nhân nhẹ như hạt nhân hyđrô thành hạt nhân hêli Những phản ứng nhiệt hạch này giải phóng rất nhiều năng lượng, điều này giải thích vì sao nhiệt độ mặt trời rất cao Một phần nhỏ của năng lượng bức xạ từ mặt trời đi

1H  1H  2 He  0n

Trang 13

Hạt Nhân

b) Tổng hợp trên trái đất

Con người tìm cách làm chủ các phản ứng tổng hợp trên trái đất nhằm khai thác nguồn năng lượng cực lớn đó Người ta đã làm chủ được những phản ứng này trong bom H (bom hyđrô), nhưng chưa thể chế ngự chúng để sản xuất điện năng Phản ứng được nghiên cứu nhiều nhất cho mục đích dân sự là phản ứng tổng hợp hai hạt nhân đồng vị của hyđro là đơteri và triti kết hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn là hạt nhân của nguyên tử hêli

Trang 14

Hạt Nhân

2.4.1 Phân hạch và phản ứng dây chuyền

- Phân hạch là một quá trình vật lý hạt nhân và hoá học hạt nhân mà trong đó hạt nhân nguyên

tử bị phân chia thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn và vài sản phẩm phụ khác như các hạt nơtron, photon tồn tại dưới dạng các tia gama, tia beta và tia alpha

Trang 15

Hạt Nhân

Sự phân hạch của các nguyên tố nặng là một phản ứng toả nhiệt và có thể giải phóng một lượng năng lượng đáng kể dưới dạng tia gama và động năng của các hạt được giải phóng đồng thời có hai hoặc ba nơtron được tạo ra

Các nơtron này đến lượt chúng lại gây ra sự phân hạch của các hạt nhân khác và quá trình đó cứ thế tiếp diễn Như vậy là xuất phát từ một sự phân hạch trong khối urani, nếu ta không khống chế các nơtron, thì có thể sinh ra ít nhất là hai sự phân hạch, rồi 4, 8, 16, 32 Những phân hạch thành chuỗi như vậy được gọi là phản ứng dây chuyền

Trang 16

Hạt Nhân

Hình 2 : Sự phân hạch

của 235U

Trang 17

Chương 3: Năng Lượng Hạt Nhân

3.1 Vấn đề môi trường, kinh tế

Theo báo cáo thường niên của IAEA, năm 2003 năng lượng hạt nhân đã cung cấp 16% sản lượng điện toàn cầu Vào cuối năm 2003, trên toàn thế giới có 439 nhà máy điện hạt nhân đã đi vào hoạt động

Trang 18

Trước xu thế xây dựng các nhà máy điện hạt nhân đang phát triển, các nhà môi trường đã đưa ra đề xuất cần xây dựng mô hình cho năng lượng tái tạo Ưu thế là không gây ra hiệu ứng nhà kính và các loại khí thải khác so với việc đốt nhiên liệu hoá thạch

Mặc dù năng lượng hạt nhân mang lại hiệu quả kinh tế cao nhưng các Chính phủ đều biết hiểm hoạ nếu có sự cố xẩy ra

Trang 19

3.2 Nhà máy điện nguyên tử

3.2.1 Khái Niệm

Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân là một nhà máy tạo ra điện năng ở quy mô công nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhân

Các loại máy điện nguyên tử phổ biến hiện nay thực tế là nhà máy nhiệt điện, chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện năng

Trang 20

Trang 21

3.2.2 Lịch sử phát triển điện hạt nhân(ĐHN) trên thế giới

- Giai đoạn những năm 1950-1960

Điện lần đầu tiên được sản xuất bằng năng lượng hạt nhân vào ngày 20/12/1951 tại lò thử nghiệm EBR-1 của Mỹ và thắp sáng được bốn bóng đèn Tại Anh nhà máy ĐHN quy mô công nghiệp đầu tiên trên thế giới bắt đầu vận hành năm 1956

Trang 22

- Giai đoạn 1970-1980

Tỷ trọng ĐHN toàn cầu tăng gần hai lần, từ 9% lên 17% Lò Unterweser 1.350 MWe ở Đức bắt đầu sản xuất điện từ năm 1978 và đến nay tổng sản lượng điện là 221,7 tỷ KWh, nhiều hơn so với bất

kỳ lò nào khác

Bước vào thập niên 1980 và 1990 tốc độ xây dựng điện hạt nhân giảm mạnh

Trang 23

- Giai đoạn từ đầu thế kỷ XXI tới nay

ĐHN đã có những thay đổi tích cực Tầm nhìn

2020 của Mỹ về phát triển ĐHN đề nghị tăng 10.000MW cho 104 nhà máy ĐHN hiện có Anh quay trở lại phát triển ĐHN do thiếu hụt năng lượng, trong khi Indonesia đã lập dự án khả thi và

dự kiến sẽ đưa tổ máy ĐHN đầu tiên vào vận hành năm 2015

Trang 24

3.2.3 Tình hình phát điện bằng năng lượng hạt nhân

Năm 2003, hai nhà máy điện hạt nhân mới ở Trung Quốc và Hàn Quốc đã được kết nối với mạng lưới điện

Các nước Châu Á, vẫn là trung tâm mở rộng và phát triển điện hạt nhân, hiện có 20 trong số 31 lò phản ứng đang được xây dựng

Ở Tây Âu, công suất phát điện hạt nhân vẫn tương đối ổn định cho dù có những cắt giảm ở Đức và Thụy Điển

Trang 25

3.2.4 Xu thế điện hạt nhân trên thế giới

Theo thống kê của Cơ quan Năng lượng Nguyên

tử Quốc tế (IAEA), vào cuối năm 2002, toàn thế giới có 441 nhà máy điện hạt nhân (ĐHN) đang hoạt động Những nhà máy này cung cấp 16% tổng sản lượng điện toàn cầu năm 2002, hay 2.574 tỷ kWh

Trang 26

Hinh 3 : Tình hình phát triển điện hạt nhân ở các nước trên thế giới (tính đến năm 2005)

Trang 27

3.3 Năng lượng hạt nhân-giá phải trả quá đắt

3.3.1 Vụ nổ lò hạt nhân Chernobyl (1986)

Hậu quả:

khoảng 50 người chủ yếu là công nhân trong nhà máy đã chết do phơi nhiễm phóng xạ Họ ước tính 4.000 người khác có thể cũng chết sau đó do nhiễm phóng xạ Tuy nhiên, tổ chức Hoà bình Xanh cho rằng, con số này cao hơn nhiều và lên đến 93.000 người Hiện còn 160 tấn chất phóng

xạ vẫn đang nằm trong lòng đất Chernobyl và không ai dám chắc quả bom hẹn giờ ấy có phát nổ hay không hoặc sẽ phát nổ vào lúc nào

Trang 28

3.3 Lượng hạt nhân-giá phải trả quá đắt

3.3.1 Chiến tranh hạt nhân

Một vũ khí hạt nhân nhỏ nhất cũng có sức công phá lớn hơn bất kỳ vũ khí quy ước nào Vũ khí có sức công phá tương đương với 10 triệu tấn thuốc

nổ có thể phá hủy hoàn toàn một thành phố Nếu sức công phá là 100 triệu tấn (mặc dù hiện nay chưa thể thực hiện được) thì có thể phá hủy một vùng với bán kính 100 - 160 km

Trang 29

Hai thành phố của Nhật Bản là Hiroshima và Nagasaki lại là nơi chịu sức tàn phá của những quả bom nguyên tử đầu tiên vào năm 1945 của Hoa Kỳ

Trang 30

Hình 3.0: Thiết kế cơ bản của hai loại bom

nguyên tử

Trang 31

- Bom nguyên tử hay còn gọi là bom A

Loại bom này lấy năng lượng từ quá trình phân hạch Một vật liệu có khả năng phân rã được lắp ráp vào một khối lượng tới hạn, trong đó khởi phát một phản ứng dây chuyền và phản ứng đó gia tăng theo tốc độ của hàm mũ, giải thoát một năng lượng khổng lồ

Trang 32

- Bom khinh khí, còn gọi là bom hydro, bom H hay bom nhiệt hạch

Loại bom này lấy năng lượng nhiều hơn từ quá trình nhiệt hạch Trong loại vũ khí này, bức xạ nhiệt từ vụ nổ phân rã hạt nhân được dùng để nung nóng và nén đầu mang tritium, deuterium, hoặc lithium, từ đó xảy ra phản ứng nhiệt hạch với năng lượng được giải thoát lớn hơn hàng ngàn lần

so với bom nguyên tử

Trang 33

- Bom khinh khí, còn gọi là bom hydro, bom H hay bom nhiệt hạch

Loại bom này lấy năng lượng nhiều hơn từ quá trình nhiệt hạch Trong loại vũ khí này, bức xạ nhiệt từ vụ nổ phân rã hạt nhân được dùng để nung nóng và nén đầu mang tritium, deuterium, hoặc lithium, từ đó xảy ra phản ứng nhiệt hạch với năng lượng được giải thoát lớn hơn hàng ngàn lần

so với bom nguyên tử

Trang 34

Chương 4: Tiềm Năng Phát Triển Năng

Lượng Hạt Nhân

4.1 Châu Á

Theo một báo cáo của Tổ chức NLNT Thế giới (IAEA) đưa ra, với 18/32 lò PUHN đang được xây dựng và nhiều lò đang dự kiến sẽ xây dựng tại các nước châu Á, khu vực châu Á đang đi đầu trong việc quan tâm sử dụng ĐHN Bản báo cáo chỉ ra rằng: "Năng lượng, điện năng và năng lượng hạt nhân cho giai đoạn từ nay tới năm 2030" sẽ được các quốc gia như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và Ấn Độ coi trọng và các nước này sẽ trở thành tâm điểm trong việc mở rộng năng lượng hạt nhân của toàn thế giới

Trang 35

4.1 Châu Á

Pakistan đã có kế hoạch xây dựng những lò PUHN mới bổ xung vào số lượng 2 nhà máy hiện có

Indonesia đang có kế hoạch xây dựng các lò PUHN với tổng công suất 1.000MW tại trung tâm Java

Thái Lan sẽ xây dựng hai nhà máy điện nguyên tử vào năm 2015

Malaysia việc sử dụng năng lượng nguyên tử sẽ hoàn thành vào năm 2010

Trang 36

Trang 37

4.2 Việt Nam

Dự án nghiên cứu tiền khả thi xây dựng nhà máy điện nguyên tử tại Việt Nam được Chính phủ cho phép triển khai thực hiện từ tháng 12/2001 Tháng 11/2003 Viện Năng lượng đã hoàn thành Báo cáo này

Trang 38

4.2 Việt Nam

Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận là tên gọi chung của chuỗi hai nhà máy điện hạt nhân I và II đang trong dự án xây dựng tại tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam với tổng công suất trên 4.000 MW Theo quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia, nhà máy điện hạt nhân I và II sẽ được khởi công vào tháng 12 năm 2014 và hoàn thành vào năm 2022, phát điện vào cuối năm 2020

Trang 39

Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận

Thông tin nhà máy Quốc gia Việt Nam

Địa điểm Ninh Thuận

Chủ sở hữu Tập đoàn Điện lực Việt

Nam Nhà vận hành Tập đoàn Điện lực Việt

Nam Khởi công tháng 12 năm 2014

Vận hành thương mại cuối 2020

Thông tin lò phản ứng Thông số kỹ thuật Công suất 4.000 MWe

Thông tin khác Giá thành 200.000 tỷ đồng

(dự toán 2008)

Trang 40

4.3 Quản lý chất thải

Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận là tên gọi chung của chuỗi hai nhà máy điện hạt nhân I và II đang trong dự án xây dựng tại tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam với tổng công suất trên 4.000 MW Theo quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia, nhà máy điện hạt nhân I và II sẽ được khởi công vào tháng 12 năm 2014 và hoàn thành vào năm 2022, phát điện vào cuối năm 2020

Tiêu đề	Năng lượng hạt nhân
Tác giả	Lê Văn Lợi, Đinh Hồng Lâm, Phạm Việt Cường, Nguyễn Thị Thanh Yên, Nguyễn Thị Thu Hường
Người hướng dẫn	Đào Khánh Châu, PGS.TS.
Trường học	Trường đại học công nghệ Đồng Nai
Chuyên ngành	Năng lượng tái tạo
Thể loại	Đề tài
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Đồng Nai

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	1,12 MB