Tìm hiểu khái quát về năng lượng hạt nhân ppsx

Tìm hiểu khái quát về năng
lượng hạt nhân
Khái niệm nguyên tử đã tồn tại trong hàng nghìn năm qua nhưng chỉ
trong hai thế kỷ gần đây, con người mới bắt đầu hiểu được những điều đầu
tiên về nguồn sức mạnh khủng khiếp chứa trong vật thể có khối lượng nhỏ
xíu đó.
TrướcThế chiếnthứ II,các chươngtrìnhnghiêncứuvề hạtnhânchủ yếutập
trung vào phát triển những loại vũ khí phòng thủ. Sau đó, các nhà khoa học mới
tập trung vào các công dụng hoà bình của công nghệ hạt nhân, trong đó có công
dụng vô cùng quan trọng là sảnsinh ra nguồn điện năngdồi dào phục vụ chocông
nghiệp và đời sống.
Sức mạnh khổng lồ ẩn trong hình hài nhỏ bé
Chính các nhà khoa học cổ đại người Hy Lạp là những người đầu tiên tìm
cách chứng minh rằng, mọi vậtchấtđềuđược cấuthànhtừ những hạt vô cùng nhỏ
bé mà mắt thường không nhìn thấy, gọi là nguyên tử. Từ nguyên tử (atomic) có
nguồngốc từ tiếng Hy Lạp (atomos) cónghĩa là “khôngthể tách rời”.
Chiếm khối lượng chủ yếu (gần như là toàn bộ) của nguyên tử là Hạt nhân
nguyên tử, hay còn được gọi tắt là hạt nhân. Nó là cấu trúc vật chất đậm đặc (có
mậtđộ cực lớn-đạtđến100triệutấn trênmộtcentimetkhối).Về cơ bản, theocác
hiểu biết hiện nay thì hạt nhân nguyên tử có kích thước nằm trong vùng giới hạn
bởi bánkính cỡ 10
-15
m,được cấu tạo từ hai thànhphần là protonvà notron.
Trải qua nhiều chương trình nghiên cứu về cấu trúc của nguyên tử của
những nhà hoá - lý học nổi tiếng trong suốt nhiều thế kỷ sau đó, đặc biệt là trong
thế kỷ 18, cho tới đầu những năm 1900, họ mới khám phá ra rằng những nguyên
tử vô cùng nhỏ bé đó lại có chứatrong nó một nguồn năng lượngrất lớn.
Người được cho là cha đẻ của ngành khoa học hạt nhân là nhà lý-hoá học
người Anh Ernest Rutherford, với giả thuyết đầu tiên ông đưa ra vào năm 1904
cho rằng: “Nếucon ngườicóthể điềukhiển đượctốcđộ phânrãcủa các nguyêntố
phóng xạ, thì người ta có thể thu được một lượng lớn năng lượng từ một lượng

nhỏ vật chất”.
Một năm sau, Albert Einstein đã phát triển lý thuyết trên của ông về mối
quanhệ giữanănglượngvà khối lượngcủanóbằngbiểuthức toánhọclà:E =mc
2
,
hay“nănglượngbằngkhối lượngnhânvớibìnhphươngtốc độ ánhsáng”.Và nhân
loại phải mất tới 35 năm sau đó mới có thể chứng minh được lý thuyết của 2 nhà
khoa họctrên làđúng.
Hai quá trình thu năng lượng hạt nhân
Khi con người đã chứng minh được nguyên tử chứa nguồn năng lượng rất
lớn, họ bắt đầu nghiên cứu và tìm kiếm các phương pháp có thể khai thác được
nguồnnăng lượngđó, bắt nó phục vụ cho các mục đíchcủa mình.
Năng lượng hạt nhân được thu thập từ hai quá trình là tổng hợp hoặc phân
hạch hạt nhân của nguyên tử:
Tổng hợp hạtnhânlà quá trìnhlàm cho hai hạtnhânhợplạivớinhau để tạo
nên một hạt nhân mới nặng hơn cùng với sự giải phóng hoặc hấp thu năng lượng.
Sự phát sáng của các ngôi sao chính là một phản ứng tổng hợp hạt nhân của các
nguyên tử nhẹ (như hydro, heli…) tạo ra. Và phản ứng này còn được ứng dụng
trong chế tạo bom hydrogenhaycòn gọi là bomnhiệt hạch.
Ngược lại với quá trình tổng hợp hạt nhân là quá trình phân hạch. Hạt nhân
nguyên tử bị phân chia thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn và các sản phẩm
phụ. Năng lượng do phản ứng phân hạch hạt nhân sinh ra được ứng dụng để sản
xuấtđiện hạt nhân vàvũ khí hạt nhân.
Phản ứng phân hạch hạt nhân được Enrico Fermi (Ý) thực hiện đầutiên vào
năm1934khiông dùnghạtneutron bắn pháhạt nhânuranium để giúpsảnsinhra
nguồn năng lượng lớn, đồng thời chứng minh được rằng neutron có khả năng
phân tách đượcnhiều loại nguyên tử.
Uranium – nguyên liệu lý tưởng cho sản xuất năng lượng hạt nhân
Nguyên tố uranium được phát hiện vào năm 1789 bởi nhà hoá học người
Đức Martin Klaproth và tên của nó được ông đặt theo tên của sao Thiên Vương

(Uranus). Đó là một nguyên tố kim loại, màu bạc và khi ra ánh sáng nó hoá đen do
phản ứng hoá học khi tiếp xúc với không khí. Ở dạng tự nhiên nó có trong đá
Uranit.Uranium làmột kim loạirấtnặng.30,48 cm
3
uranium đã cótrọng lượng tới
gần nửa tấn. Nó là hỗn hợp tự nhiên của hai nguyên tố đồng vị uranium 238 và
uranium235.
Năng lượng của 1g uranium phân hạch khoảng 6,1x1010J, tương đương với
năng lượng thu được khi đốt 2 tấn dầu hay 3 tấn than đá. Ngoài ra, uranium phân
bổ rất rộng trên Trái Đất. Trữ lượng có khả năng khai thác được vào khoảng 4
triệutấn và có thể khai thác trong khoảng 60 năm.
Uranium 235 là một trong số các đồng vị rất dễ phân hạch. Dưới tác động
của neutron trong quá trình phân hạch, U235 tách ra thành hai nguyên tử nhẹ gọi
là các sản phẩm phân hạch. Quá trình phân hạch sẽ làm nó mất đi một phần khối
lượng vàphần khốilượng mấtđiđó đã chuyển hoá thành nănglượng. Nănglượng
này được giải phóng dưới dạng nhiệt. Càng có nhiều sự va chạm của các neutron
với các nguyên tử khác, tạo thành một phản ứng dây chuyền tự duy trì sẽ sinh ra
nhiệt lượng lớn.
Nguồn nguyên liệu thứ 2 có thể dùng để khai thác sản xuất năng lượng hạt
nhânlàplutonium(Pu). Plutonium là nguyêntố phóngxạ nhântạođượctạothành
dobắnphá hạtnhânuranium.Uranium238hấp thụ neutron vàtrở thànhuranium
239. Hạt nhân mới này giải phóng tia beta trở thành hạt nhân neptunium, rồi lại
phátra tia betalầnnữa để trở thành 239 Pu.