LUẬN văn sư PHẠM vật lý TÌNH HÌNH hạt NHÂN ở IRAN và NHỮNG KINH NGHIỆM CHO VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
BỘ MÔN VẬT LÝ

Luận văn Tốt nghiệp
ĐỀ TÀI:

Ngành: Sƣ phạm Vật lý-Tin học

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS.Hoàng Xuân Dinh

Nguyễn Ngọc Bích
Lớp: SP Lý – Tin K35
MSSV: 1090233

Cần Thơ, 2012


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

LỜI CẢM ƠN
…………
Sau một thời gian dài nghiên cứu, em đã hoàn thành đề tài luận văn ―Tình
Hình Hạt Nhân Ở Iran Và Những Kinh Nghiệm Cho Việt Nam‖. Đó là kết
quả của sự cố gắng của bản thân sau bốn năm học tập cùng với sự hƣớng dẫn

tận tình của quý thầy cô, sự động vên, giúp đỡ và cỗ vũ nhiệt tình của gia đình,
bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Cần
Thơ, Khoa Sƣ Phạm, Bộ môn Vật lý đã truyền đạt kiến thức và
kinh nghiệm.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ThS-GVC
Hoàng Xuân Dinh đã tận tình chỉ dẫn cho em trong suốt quá trình
thực hiện luận văn.
Em cũng rất cảm ơn những ý kiến đóng góp của các anh chị đi trƣớc. Cảm
ơn sự cổ vũ, giúp đỡ của bạn bè đặc biệt là lớp Sƣ phạm Vật lý-Tin học
K35 trong suốt thời gian cùng nhau học tập.
Gửi lời cảm ơn đến gia đình và ngƣời thân đã khuyến khích, động viên
và tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt việc học của mình.
Trong quá trình thực hiện đề tài, dù đã cố gắng hết sức nhƣng do kiến
thức có giới hạn nên cũng không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận
đƣợc những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè để luận văn của em đƣợc
hoàn thiện hơn.
Lời cuối, em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và công tác
tốt. Chúc các bạn thành công trên con đƣờng tƣơng lai.
Cần Thơ, Ngày 22 tháng 10 năm 2012
Sinh viên thƣc hiện

Nguyễn Ngọc Bích

SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

MỤC LỤC
…………
Phần MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI............................................................................................. 1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................. 2
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI................................................................ 2
4. CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ....................... 2
4.1. Phƣơng pháp thực hiện..................................................................................................... 2
4.2. Phƣơng tiện thực hiện ...................................................................................................... 2

5. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .............................................................................. 3

Phần NỘI DUNG ............................................................................................................... 4
1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN HẠT NHÂN TRÊN THẾ GIỚI .................................. 4
1.1. Sự khởi đầu của công nghệ hạt nhân ................................................................................ 4
1.2. Sự phát triển đột phá của công nghệ hạt nhân .................................................................. 6
1.3. Công nghệ lò phản ứng hạt nhân ...................................................................................... 7
1.3.1. Cấu tạo lò phản ứng hạt nhân ........................................................................................ 7
1.3.2. Nguyên liệu hạt nhân ................................................................................................ 13
1.3.3. Các loại lò phản ứng hạt nhân đƣợc dùng phổ biến trên thế giới ............................... 15
1.3.4. An toàn kỹ thuật tại các cơ sở hạt nhân ....................................................................... 16
1.4. Hạt nhân-nguồn năng lƣợng cần thiết ............................................................................. 17
1.5. Những tác hại tiêu cực trong việc ứng dụng công nghệ hạt nhân ................................... 20
1.5.1. Các vụ nổ hạt nhân, nhà máy điện nguyên tử .............................................................. 20
1.5.2. Chất độc phóng xạ ........................................................................................................ 23
1.5.3. Lạm dụng chế tạo vũ khí hạt nhân và chạy đua vũ trang ............................................. 26
1.5.4. Nguy cơ xảy ra chiến tranh hạt nhân ............................................................................ 38

2. TÌNH HÌNH HẠT NHÂN Ở IRAN .............................................................................. 41
2.1. Sơ lƣợc về sự hình thành và phát triển hạt nhân ở Iran ................................................... 41
2.1.1. Sơ lƣợc về Iran ............................................................................................................. 41
2.1.2. Bƣớc đầu của công nghệ hạt nhân................................................................................ 43
2.1.3. Phát triển công nghệ hạt nhân tiến đến chế tạo vũ khí hạt nhân .................................. 46
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

2.2. Iran ứng dụng hạt nhân trong nhiều lĩnh vực .............................................................. 49
2.2.1. Hạt nhân phục vụ đời sống, xã hội .......................................................................... 49
2.2.2. Phục vụ quân sự ........................................................................................................... 49
2.3. Những chính sách, chủ chƣơng, đƣờng lối cứng rắn của Chính quyền Iran tạo sơ hở
về mặt luật phát quốc tế ...................................................................................................... 51
2.3.1. Đƣờng lối cứng rắn của Iran ..................................................................................... 51
2.3.2. Dùng sức mạnh quân sự để bảo về chƣơng trình hạt nhân........................................... 52
2.3.3. Trả đũa về kinh tế đối với các nƣớc can thiệp ............................................................. 53
2.4. Những vấn đề đặt ra đối với Iran liên quan việc phát triển công nghệ hạt nhân ............. 54
2.4.1. Nguyên nhân sâu xa và sự can thiệp của các cƣờng quốc ............................................ 54
2.4.2. Ảnh hƣởng đến con ngƣời ............................................................................................ 54
2.4.3. Những hệ lụy mà Iran đang phải gánh chịu ................................................................. 55

3. Ý NGHĨA RÚT RA ĐỐI VỚI VIỆC PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
Ở VIỆT NAM ...................................................................................................................... 56

3.1. Sự cần thiết của phát triển công nghệ hạt nhân ở Việt Nam ........................................... 56
3.2. Ứng dụng của công nghệ hạt nhân phục vụ lợi ích phát triển kinh tế xã hội tại Việt
Nam ............................................................................................................................... 57
3.2.1. Ứng dụng trong y tế ..................................................................................................... 58
3.2.2. Ứng dụng trong công nghiệp ........................................................................................ 58
3.2.3. Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nông nghiệp ........................................................... 59
3.2.4. Sử dụng kỹ thuật hạt nhân để nghiên cứu các quá trình trong tự nhiên ....................... 61
3.2.5. Kỹ thuật hạt nhân trong nghiên cứu và bảo vệ môi trƣờng ....................................... 62
3.2.6. Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong khử trùng,bảo quản và biến tính vật liệu ............... 62
3.2.7. Phát triển năng lƣợng hạt nhân phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nƣớc ....... 62
3.3. Những thách thức và bài học kinh nghiệm rút ra cho việc phát triển công nghệ hạt nhân
ở Việt Nam ............................................................................................................................. 64
3.4. Quan điểm, chủ trƣơng nhất quán về phát triển công nghệ hạt nhân ở Việt Nam ......... 66
3.4.1. Đƣờng lối, chủ trƣơng và quan điểm đúng đắn của Việt Nam..................................... 66
3.4.2. Kết quả đạt đƣợc .......................................................................................................... 67
3. 5. Về công tác tuyên truyền và giáo dục ....................................................................... 70

Phần KẾT LUẬN .......................................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 74
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Phần MỞ ĐẦU
…………

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Nói tới năng lƣợng nhân, tia phóng xạ, ngƣời ta thƣờng hình dung ra các tổn thƣơng
ghê gớm do các quả bom nguyên tử và các sự cố hạt nhân gây ra. Tuy nhiên không thể chối
bỏ đƣợc những lợi ích thiết thực của nó. Hầu hết các nƣớc trên thế giới muốn nắm trong tay
sức mạnh hạt nhân vì nhiều mục đích khác nhau. Trong những năm ngay trƣớc và trong Thế
chiến thứ hai, nghiên cứu hạt nhân chủ yếu tập trung vào phát triển các loại vũ khí phòng
thủ. Sau đó, các nhà khoa học tập trung vào các công dụng hòa bình của công nghệ hạt nhân.
Một công dụng quan trọng của năng lƣợng hạt nhân là phát điện. Sau nhiều năm nghiên cứu,
các nhà khoa học đã ứng dụng thành công công nghệ hạt nhân cho nhiều mục đích khoa học,
y khoa, công nghiệp và các lĩnh vực khác…. Nhƣ thế, bạn sẽ có thể tự khám phá những nỗ
lực của nhiều quốc gia nhằm phát triển và làm chủ thứ công nghệ đầy sức mạnh này. Có thể
nói nƣớc nào làm chủ đƣợc năng lƣợng hạt nhân và có nhiều vũ khí hạt nhân xem nhƣ là chủ
cả thế giới. Đó cũng chính là nguyên nhân dẫn đến sự mâu thuẫn và chiến tranh hạt nhân.
Iran là một quốc gia Hồi giáo nằm ở vùng Trung Đông thuộc Tây Nam Á, giàu tài
nguyên thiên nhiên đặc biệt là dầu mỏ và uranium. Đƣợc biết trƣớc đây, Iran chƣa phát triển
vƣợt trội về công nghệ hạt nhân. Do đó quốc gia này dùng uranium để xuất khẩu là chủ yếu
và làm giàu nhờ uranium. Trong những năm gần đây, đất nƣớc Iran có những nhiều biến
động. Sự mâu thuẩn, xung đột gia tăng trong nƣớc lẫn ngoài nƣớc và có những ảnh hƣởng
xấu liên quan đến năng lƣợng hạt nhân. Nhiều nƣớc cáo buộc Iran hiện tại đang chế tạo vũ
khí hạt nhân, lợi dụng năng lƣợng hạt nhân vì mục đích quân sự. Song điều này chƣa đƣợc
làm sáng tỏ. Tình hình hạt nhân ở Iran vẫn đang diễn biến phức tạp và nhiều bí ẩn. Liệu
năng lƣợng hạt nhân đã đem đến lợi ích gì cho đất nƣớc con nghèo nàn này? Và nó cũng để
lại hậu quả nhƣ thế nào? Hƣớng khắc phục ra sao? Bên cạnh đó ta cũng xem lại chúng ta đã
là đƣợc gì và định hƣớng con đƣờng phát triển ra sao? Trƣớc tình hình hạt nhân của Iran
chúng ta cần phải rút ra kinh nghiệm để có quyết định đúng đắn cho sự phát triển của đất
nƣớc, từ đó định hƣớng dƣ luận và tuyên truyền giáo dục cho ngƣời dân. Từ những lý do
trên mà tôi lựa chọn đề tài “Tình Hình Hạt Nhân Ở Iran Và Những Kinh Nghiệm Cho
Việt Nam”. Mong rằng qua đào sâu nghiên cứu, tôi cũng nhƣ bạn đọc sẽ hiểu thêm về năng
lƣợng hạt nhân, vũ khí hạt nhân, lợi ích và cả những mặt tiêu cực của hạt nhân đến thế giới
nói chung và đất nƣớc Iran nói riêng và có những bài học quý giá cho con đƣờng phát triển

của nguồn năng lƣợng tƣơng lai.

SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

1

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
- Khái quá quá trình hình thành phát triển công nghệ hạt nhân; nghiên cứu phân tích,
đánh giá sâu phần vật lý hạt nhân, nâng cao nhận thức về lợi ích của việc ứng dụng và
phát triển công nghệ hạt nhân phục vụ đời sống xã hội.

- Phân tích đánh giá tác hại, lạm dụng tiêu cực mà nhân loại và các quốc gia trên thế
giới mà điển hình là vấn đề hạt nhân tại quốc gia Iran để có cái nhìn từ khái quát đến
cụ thể về đƣờng lối, hƣớng đi cho việc phát triển công nghệ hạt nhân.

- Khái quát về tình hình hạt nhân ở Iran. Cho ngƣời đọc hiểu thêm về các vấn đề nóng
bỏng đang diễn ra trên đất nƣớc Iran.

- Đề ra hƣớng khắc phục và giải quyết ổn thoải những căng thẳng xoay quanh vấn đề
hạt nhân.

3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu, ta không đi sâu vào tìm hiểu cơ chế, bản chất hạt

nhân, vũ khí hạt nhân hay tình hình chính trị của các quốc gia, đặc biệt là Iran. Ta cũng
không nghiên cứu sâu những bí mật quốc gia của Iran về vấn đề hạt nhân mà chỉ đƣa đến
một cái nhìn tổng quan về tình hình hạt nhân bao gồm lịch sử, tính chất, sự phát triển và ứng
dụng công nghệ hạt nhân trong đời sống, xã hội, cũng nhƣ những mặt ảnh hƣởng tiêu cực
của ―Năng lƣợng hạt nhân‖ đối với Iran. Mặt khác chúng ta cũng xem xét những cái nhìn
của thế giới đối với vấn đề hạt nhân ở Iran. Đề tài nghiên cứu “Tình hình hạt nhân ở Iran”
từ năm 2009 đến 2012.

4. CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
4.1.Phƣơng pháp thực hiện
Để hoàn thành đề tài, tôi đã thực hiện các phƣơng pháp sau:
-

Sƣu tầm tài liệu.

-

Đọc và nghiên cứu tài liệu.

-

Phân loại và tổng hợp các lý thuyết có liên quan đến đề tài.

-

Nhờ sự chỉ dẫn của thầy.

-

Viết và chỉnh sửa nội dung đề tài.

4.2. Phƣơng tiện thực hiện
-

Sách, báo, bài giảng, Luận văn tốt nghiệp đại học, giáo trình, tài liệu do thầy hƣớng
dẫn cung cấp.

-

Các mạng truyền thông.

-

Phƣơng tiện hỗ trợ: máy vi tính, máy tính, USB.

-

Ý kiến nhận đƣợc từ: giáo viên hƣớng dẫn, các thầy cô trong bộ môn và các bạn.

SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

2

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

5. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
-

Nhận đề tài, xác định nhiệm vụ cần đạt của đề tài.

-

Xây dựng đề cƣơng tổng quát.

-

Thu thập, tìm kiếm các dữ liệu, tài liệu liên quan đến đề tài, tham khảo ý kiến của
thầy cô, bạn bè.

-

Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu.

-

Thực hiện đề tài.

-

Nộp bản thảo cho thầy hƣớng dẫn.

-

Chỉnh sửa và hoàn tất nội dung đề tài.

-

Viết luận văn hoàn chỉnh.

-

Báo cáo luận văn.

SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

3

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Phần NỘI DUNG
………...
1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN HẠT NHÂN TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Sự khởi đầu của công nghệ hạt nhân
Các nhà triết học Hi Lạp cổ đại là những ngƣời đầu tiên phát triển quan niệm rằng toàn
thể vật chất cấu thành từ những hạt không nhìn thấy gọi là nguyên tử. Từ nguyên tử phát
sinh từ tiếng Hi Lạp, atomos, nghĩa là không thể chia cắt.
Các nhà khoa học vào thế kỉ XVIII và XIX đã làm hồi sinh khái niệm này dựa trên những thí
nghiệm của họ. Năm 1896, nhà vật lý ngƣời Pháp Henri Becquerel và sau đó là ông bà
Pierre Curie và Marie Curie phát hiện ra rằng các hợp chất của uranium có khả năng tự phát
ra những tia không không nhìn thấy đƣợc, có thể xuyên qua những vật mà tia sáng thƣờng

không đi qua đƣợc gọi là các tia phóng xạ. Đến năm 1898, Sau khi chiết hết uranium từ
quặng pitchblende thì hai vợ chồng nhận thấy rằng hãy còn một chất liệu nào đó phát xạ.
Họ tiếp tục phân tích quặng pitchblende và phát hiện ra nguyên tử polonium có hoạt tính
mạnh hơn 400 lần uranium. Để tƣởng nhớ đến nƣớc mẹ đẻ của Marie Curie, nƣớc Balan, nguyên tử mới này đƣợc đặt tên là polonium. Sau khi chiết hết polonium rồi, Pierre
và Marie Curie lại khám phá thêm một nguyên tử khác, nguyên tử radium, có hoạt tính
còn mạnh hơn nguyên tử polonium, mạnh tới 900 lần uranium.
Vào năm 1900, các nhà khoa học biết rằng nguyên tử chứa những lƣợng lớn năng
lƣợng. Năm 1912, nhà vật lý Ernest Rutherford (1871 - 1937) ngƣời Anh đƣợc gọi là cha đẻ
của ngành khoa học hạt nhân vì sự đóng góp của ông cho lí thuyết cấu trúc nguyên tử. Vào
năm 1904, ông đã viết: Nếu ngƣời ta có thể điều khiển tốc độ phân rã của các nguyên tố
phóng xạ, thì ngƣời ta có thể thu đƣợc một lƣợng lớn năng lƣợng từ một lƣợng nhỏ vật chất.
Ernest Rutherford sau khi phát hiện ra hạt nhân nguyên tử đã cùng với nhà vật lý Niels Bohr
(1885 - 1962) ngƣời Đan Mạch đề xuất một mô hình nguyên tử: Nguyên tử gồm một hạt
nhân tích điện dƣơng đƣợc bao quanh bởi các electron. Năm 1913, Rutherford phát hiện ra
proton. Năm 1932, nhà vật lý James Chadwick (1891 - 1974) ngƣời Anh phát hiện ra nơtron.
Einstein đã phát triển lí thuyết của ông về mối quan hệ giữa năng lƣợng và khối lƣợng vào
năm sau đó. Biểu thức toán học ấy là E = mc2, hay ―năng lƣợng bằng khối lƣợng nhân với
bình phƣơng tốc độ ánh sáng‖. Mất gần 35 năm để ngƣời ta chứng minh cho lí thuyết của
Einstein.
Năm 1934, nhà vật lí Enrico Fermi đã chỉ đạo các thí nghiệm ở Rome chứng tỏ rằng
neutron có khả năng phân tách nhiều loại nguyên tử. Các kết quả khiến cả Fermi cũng lấy
làm ngạc nhiên. Khi ông dùng neutron bắn phá uranium, ông không đƣợc những nguyên tố
mà ông trông đợi. Các nguyên tố này nhẹ hơn nhiều so với uranium.

SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

4

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Enrico Fermi, nhà vật lí ngƣời Italy, đã lãnh đạo một đội khoa học tạo ra đƣợc phản
ứng hạt nhân dây chuyền tự duy trì đầu tiên.
Mùa thu năm 1938, các nhà vật lí ngƣời Đức Otto Hahn và Fritz Strassman đã bắn các
neutron phát ra từ một nguồn chứa các nguyên tố radium và beryllium vào uranium (số
nguyên tử 92). Họ thật bất ngờ tìm thấy các nguyên tố nhẹ hơn, ví dụ nhƣ barium (số nguyên
tử 56), trong chất liệu còn lại. Những nguyên tố này có khối lƣợng nguyên tử khoảng bằng
phân nửa của uranium. Cuối năm 1938, Otto Hahn và Lise Meitner khám phá phản ứng phân
hạch. Họ nhận thấy khi dùng một neutron để phân hạch hạt nhân uranium thì sinh ra một
lƣợng năng lƣợng rất lớn so với động năng của neutron dùng để đập vỡ nó. Họ đã nêu giả
thuyết lƣợng năng lƣợng đó là năng lƣợng liên kết (binding energy) những hạt cơ bản cấu
tạo hạt nhân uranium.
Đầu năm 1939, mặc dù chƣa biết đến giả thuyết Meitner- Frisch, Frédéric Joliot-Curie
(1900 - 1958) ngƣời Pháp đã chứng minh hiện thực những phản ứng phân hạch và năng
lƣợng sinh ra khi phản ứng đó xảy ra. Ông và học trò của ông, Hans Von Halban và Lew
Kowarski, nêu giả thuyết và chứng minh hiện thực dây chuyền phản ứng phân hạch uranium
kéo theo sự toả nhiệt rất lớn. Ông nhờ một đồng nghiệp, Francis Perrin, tính hộ những điều
kiện để chuỗi phản ứng hạt nhân có thể duy trì đƣợc. Việc phát hiện ra phản ứng dây chuyền
sau này cho phép khai thác năng lƣợng hạt nhân. Nhận thấy tầm quan trọng công nghiệp và
quân sự của phản ứng dây chuyền, Joliot-Curie cùng với Von Halban, Kowarski và Perrin,
nhân danh CNRS (Caisse Nationale de la Recherche Scientifique, Quỹ Quốc gia Nghiên cứu
Khoa học), đăng ký xin cấp bằng sáng chế về những áp dụng phản ứng dây chuyền hạt nhân.
Để tránh quốc xã Đức có thể lợi dụng sáng chế để sản xuất vũ khí hạt nhân Frédéric JoliotCurie yêu cầu CNRS vơ mua tàng trữ tất cả những nguồn uranium và nƣớc nặng có thể mua
đƣợc trên thế giới.
Đầu năm 1942, một nhóm nhà khoa học do Fermi đứng đầu đã tập trung tại trƣờng Đại
học Chicago để phát triển các lí thuyết của họ. Tháng 11 năm 1942, mọi thứ đã sẵn sàng cho

việc bắt đầu xây dựng lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới.
Vào buổi sáng ngày 2 tháng 12 năm 1942, các nhà khoa học đã sẵn sàng để bắt đầu một
trình diễn của Cột Chicago 1. Fermi ra lệnh rút các thanh điều khiển ra mỗi lần một vài inch
trong vài giờ sau đó. Cuối cùng, lúc 3:25 chiều, giờ Chicago, phản ứng hạt nhân trở thành tự
duy trì. Fermi và nhóm của ông đã chuyển hóa thành công lí thuyết khoa học thành thực tại
công nghệ. Thế giới đã bƣớc vào kỉ nguyên hạt nhân.
1944 Frédéric Joliot-Curie hội tụ học đồng nghiệp và trò cũ của mình và đặt nền móng
để hồi phục ngành vật lý hạt nhân cho nƣớc Pháp. Đội khoa học này xây lò phản ứng hạt
nhân đầu tiên của nƣớc Pháp gọi là Pile Zoe ((Z: zéro, O: oxyde uranium, E: eau lourde
nƣớc nặng. Vào thời đó ngƣời ta gọi những bộ phận sinh ra năng lƣợng hạt nhân là pin
nguyên tử. Cùng lúc đó họ xây dựng Trung tâm Nghiên cứu Hạt Nhân Saclay, khởi động dự
án xây dựng trƣờng Đaị học Khoa học Orsay và một số trung tâm nghiên cứu khác.

SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

5

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

1.2. Sự phát triển đột phá của công nghệ hạt nhân
Khái niệm nguyên tử đã tồn tại trong nhiều thế kỉ. Nhƣng chỉ gần đây, chúng ta mới bắt
đầu hiểu đƣợc sức mạnh khủng khiếp chứa trong khối lƣợng nhỏ xíu ấy. Lò phản ứng hạt
nhân đầu tiên chỉ mới là cái khởi đầu. Đa phần nghiên cứu nguyên tử lúc đầu tập trung vào
việc phát triển một loại vũ khí hiệu quả dùng trong Thế chiến thứ hai. Công việc đƣợc thực
hiện dƣới cái tên mật danh là Dự án Manhattan. Sau chiến tranh, chính quyền Mĩ khuyến

khích phát triển năng lƣợng hạt nhân cho các mục đích dân sự hòa bình. Quốc hội Mĩ đã
thành lập Ủy ban Năng lƣợng Nguyên tử (AEC) vào năm 1946. AEC đã ủy quyền xây dựng
Lò Tái sinh Thực nghiệm I tại một địa điểm ở Idaho. Lò phản ứng ấy phát điện lần đầu tiên
từ năng lƣợng hạt nhân vào ngày 20 tháng 12 năm 1951. Lò phản ứng Tái sinh Thực nghiệm
I phát ra điện năng thắp sáng 4 bóng đèn 200W vào hôm 20/12/1951. Đây là dấu mốc khởi
đầu của nền công nghiệp điện hạt nhân.
Một mục tiêu chính trong nghiên cứu hạt nhân vào giữa thập niên 1950 là chứng tỏ
rằng năng lƣợng hạt nhân có thể phát điện dùng cho mục đích thƣơng mại. Nhà máy phát
điện thƣơng mại đầu tiên chạy bằng năng lƣợng hạt nhân đặt tại Shippingport, Pennsylvania.
Nó đạt tới công suất thiết kế trọn vẹn vào năm 1957. Các lò phản ứng nƣớc nhẹ kiểu nhƣ
Shippingport sử dụng nƣớc bình thƣờng để làm nguội lõi lò phản ứng trong phản ứng dây
chuyền. Chúng là mẫu thiết kế tốt nhất khi ấy cho nhà máy điện hạt nhân.
Ngành công nghiệp điện hạt nhân ở Mĩ phát triển nhanh chóng trong thập niên 60 của
thế kỷ XX. Các công ti thực dụng đã nhìn thấy dạng sản xuất điện này thật kinh tế, sạch về
mặt môi trƣờng, và an toàn. Ngành điện hạt nhân cho tới nay đã có lịch sử hơn 50 năm hình
thành và phát triển. Năng lƣợng hạt nhân cung cấp gần 22% điện năng sản xuất ở nƣớc Mĩ
và chiếm khoảng 16% sản lƣợng điện toàn thế giới.
Tuy nhiên, vào thập niên 1970 và 1980, sự tăng trƣởng bị chậm lại. Nhu cầu điện giảm
đi và các lo ngại về điện hạt nhân ngày càng tăng, ví dụ nhƣ sự an toàn lò phản ứng, vấn đề
chất thải, chiến tranh hạt nhân và những xem xét môi trƣờng khác. Ngay sau Đệ nhị Thế
chiến, Mĩ là nƣớc duy nhất có bom nguyên tử và chiến tranh lạnh đã bắt đầu.
Nghiên cứu trong những lĩnh vực hạt nhân khác vẫn tiếp tục trong thập niên 1990.
Công nghệ hạt nhân giữ vai trò quan trọng trong y khoa, công nghiệp, khoa học, và thực
phẩm và nông nghiệp, cũng nhƣ phát điện. Ví dụ, các bác sĩ sử dụng các đồng vị phóng xạ
để nhận dạng và nghiên cứu các nguyên nhân gây bệnh. Họ còn dùng chúng để tăng liệu
pháp điều trị y khoa truyền thống. Trong công nghiệp, các đồng vị phóng xạ đƣợc dùng để
đo những chiều dày vi mô, dò tìm những dị thƣờng trong vỏ bọc kim loại, và kiểm tra các
mối hàn. Các nhà khảo cổ sử dụng kĩ thuật hạt nhân để xác định niên đại các vật thời tiền sử
một cách chính xác và định vị các khiếm khuyết ở các tƣợng đài và nhà cửa. Bức xạ hạt
nhân đƣợc dùng để bảo quản thực phẩm. Nó giữ đƣợc nhiều vitamin hơn so với đóng hộp,

đông lạnh hoặc sấy khô. Trong nông nghiệp sử dụng các tia bức xạ để tạo ra những đột biến,
lai tạo giống có năng suất cao, chống sâu bệnh cho cả cây trồng lẫn vật nuôi,… đến cải thiện
nguồn nƣớc và chất đất để tăng sản lƣợng và cải thiện chất lƣợng các sản phẩm nông nghiệp.
Cuối năm 1991, 31 quốc gia có nhà máy điện hạt nhân đang khai thác thƣơng mại hoặc
đang xây dựng. Tính đến tháng 5/2008, có trên 400 lò phản ứng đang hoạt động trên khắp
6
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

thế giới. Đó là một sự chuyển giao công nghệ điện hạt nhân rộng khắp và ấn tƣợng. Các
nƣớc có thể coi đứng đầu về nguồn năng lƣợng hạt nhân nhƣ: Mĩ, Pháp, Anh, Đức, Nga,
Triều Tiên, Nhật, Trung Quốc, Paskistan....

Hình 1.1: Công suất lắp đặt và phát điện từ năng lƣợng hạt nhân, 1980 – 2007
Nghiên cứu hạt nhân còn mang lợi ích cho nhân loại theo nhiều kiểu. Nhƣng ngày nay,
ngành công nghiệp hạt nhân phải đối mặt trƣớc những vấn đề lớn, rất phức tạp. Làm thế nào
chúng ta có thể giảm tối thiểu các rủi ro? Tƣơng lai sẽ tùy thuộc vào kĩ nghệ tiên tiến, nghiên
cứu khoa học, và sự tham gia của mọi công dân đã giác ngộ.
1.3. Công nghệ lò phản ứng hạt nhân
1.3.1. Cấu tạo lò phản ứng hạt nhân
Lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị để khởi động, kiểm soát, và duy trì một chuỗi
phản ứng hạt nhân. Mặc dù lò phản ứng hạt nhân đã đƣợc cải tiến rất nhiều, cấu tạo cơ bản
của chúng hầu nhƣ không thay đổi kể từ chúng ra đời cách đây gần 50 năm. Tuy nhiên, tùy
thuộc vào mục đích sử dụng, thanh nguyên liệu, chất làm chậm, chất tải nhiệt… thì ở mỗi lò

phản ứng hạt nhân có cấu tạo khác nhau.
Cấu tạo cơ bản lò phản ứng hạt nhân:
1- Lớp vỏ bảo vệ sinh học
2 - Ống dẫn chất truyền nhiệt vào
3 - Vỏ lò phản ứng hạt nhân
4 - Ống dẫn chất truyền nhiệt ra
5 - Nắp lò phản ứng
6 - Hệ thống điều khiển phản ứng dây truyền
7 - Hệ thống gá đỡ
7
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

8 – Vùng phản ứng (Thùng lò)
9 – Thanh nhiên liệu
10 – Bộ phận làm mát

Hình 1.2: Quá trình phân hạch
Khi nguyên tử urani hoặc plutoni hấp thụ một nơtron, nó có thể trải qua phản ứng phân
hạch hạt nhân để tách thành nhiều hạt nhỏ hơn. Phản ứng phân hạch sản sinh một lƣợng
nhiệt lớn cùng neutron mới. Những nơtron mới tiếp tục bắn phá nguyên tử urani hoặc
plutoni để tạo nên phản ứng dây chuyền.

Hình 1.3: Bên trong lõi thép của lò phản ứng

Toàn bộ quá trình phân hạch xảy ra trong trong lõi bằng thép của lò phản ứng. Nhiệt
mà phản ứng tạo khiến nƣớc sôi và bốc hơi. Luồng hơi nóng của nƣớc làm quay các turbin
và tạo ra điện.
8
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Hình 1.4: Thanh nhiên liệu nằm trong lõi của lò phản ứng
Trong lõi của lò phản ứng, nguyên tố urani hoặc plutoni đƣợc nạp vào các thanh nhiên
liệu (màu đỏ) chìm trong nƣớc. Các thanh điều khiển (màu đen) để làm nhanh hoặc chậm
quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân đƣợc đặt bên dƣới các thanh nhiên liệu.
Khi sự cố bất ngờ, nhƣ động đất, xảy ra thì các thanh điều khiển tự động kích hoạt và
trồi lên, nằm xen kẽ với các thanh nhiên liệu nhằm hấp thụ neutron từ các thanh nhiên liệu.
Do bị hấp thụ, các hạt neutron không thể bắn phá nguyên tử urani hoặc plutoni nên phản ứng
dừng lại.
Lớp vỏ bảo vệ sinh học: Bao quanh vùng phản ứng là lớp vỏ bê tông dày, đƣợc gọi là
lớp vỏ bảo vệ sinh học, có nhiệm vụ làm giảm cƣờng độ các tia phóng xạ đến mức độ cho
phép. Giữa lớp vỏ bảo vệ sinh học và lớp vỏ của lò phản ứng hạt nhân, thƣờng có thêm một
lớp vỏ bảo vệ ―nóng‖, có nhiệm vụ giảm bớt cƣờng độ các tia phóng xạ chiếu vào lớp bảo vệ
sinh học.

Hình 1.5: Lớp bảo vệ sinh học
9
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Vùng phản ứng (Thùng lò): Một lò phản ứng hạt nhân có nhiều bộ phận khác nhau,
nhƣng quan trọng nhất là vùng phản ứng (hoạt động), nơi diễn ra các phản ứng dây truyền.
Năng lƣợng tỏa ra từ phản ứng dây truyền đƣợc các chất dẫn nhiệt truyền ra ngoài.
Vỏ lò phản ứng: Lò phản ứng đƣợc đặt trong một bể chứa bằng sắt không rỉ. Bên
ngoài bể chứa đƣợc gia cố bằng lớp tƣờng xi măng có độ dày hàng mét để ngăn chặn chất
phóng xạ rò rỉ ra ngoài trong trƣờng hợp sự cố xảy ra
Hệ thống điều khiển: Để điều khiển các phản ứng dây truyền, ngƣời ta sử dụng hệ
thống điều khiển và bảo vệ, hệ thống này đƣợc làm từ các vật liệu có khả năng hấp thụ các
hạt notron cao (Bo, Cd).Thanh điều khiển có thể di chuyển lên cao hoặc xuống thấp gần các
thanh nhiên liệu nhờ các nam châm điện (trong trƣờng hợp khẩn cấp, ngƣời ta ngắt điện và
các chất hấp thụ nơtron rơi vào tâm lò, làm ngừng phản ứng hạt nhân).
Thanh nhiên liệu: Nguyên liệu thƣờng đƣợc sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân là
Uran-235, Uran-233, hoặc Plutoni-239. Phản ứng dây truyền đƣợc xảy ra dƣới tác động ban
đầu của các nơtron.

Hình 1.6: Thanh nhiên liệu
Chất làm chậm: Có nhiệm vụ làm giảm năng lƣợng của các hạt notron hình thành
trong phản ứng dây truyền. Chất làm chậm thƣờng sử dụng là nƣớc H2O, nƣớc nặng D2O
hoặc graphite (than chì). Nƣớc nặng có giá thành cao, nên chỉ sử dụng trong các lò phản ứng
hạt nhân sử dụng nguyên liệu là Uran tự nhiên chƣa qua làm giàu. Thông thƣờng sử dụng
nƣớc làm chất làm chậm.
Chất phản xạ: Có nhiệm vụ làm tăng số lƣợng các hạt nơtron trong vùng phản ứng,

không cho các hạt nơtron bắn ra ngoài, và làm các hạt nơtron phân bố đều trong vùng phản
ứng (hoạt động). Có thể kết hợp chất làm chậm và chất phản xạ (nƣớc, graphite) hoặc có thể
dùng Uran tự nhiên.
10
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Chất truyền nhiệt: Truyền nhiệt năng từ vùng phản ứng ra ngoài. Chất truyền nhiệt có
thể chạy trong các ống áp lực, hoặc trực tiếp chạy qua vùng phản ứng. Chất truyền nhiệt
thông thƣờng đƣợc sử dụng là nƣớc, khí gas, hoặc kim loại nóng chảy (Natri).
Phân loại các lò phản ứng hạt nhân:
Có nhiều cách phân loại lò phản ứng hạt nhân, dƣới đây là cách phân loại phổ biến
nhất, dựa vào các chất làm chậm và chất truyền nhiệt sử dụng trong lò phản ứng.
Lò phản ứng nƣớc – nƣớc: Các thanh nhiên liệu đƣợc xếp trong hộp đặt trong vùng
phản ứng. Nƣớc vừa làm chất truyền nhiệt, vừa làm chất làm chậm. Nƣớc làm chất truyền
nhiệt đƣợc đƣa vào bên trong lò phản ứng, chạy dọc theo vùng phản ứng từ dƣới lên trên. Áp
suất trong lò phản ứng nƣớc – nƣớc khoảng 1-2MPa.
Lò nƣớc áp lực tạo hơi gián tiếp: Chất tải nhiệt vòng sơ cấp, đƣợc giữ ở trạng thái
lỏng dƣới áp suất cao, mang nhiệt từ lò hạt nhân tới thiết bị sinh hơi, tại đây diễn ra trao đổi
nhiệt với vòng thứ cấp và hơi đƣợc tạo ra rồi dẫn tới turbin. Trong kiểu lò nƣớc áp lực, nƣớc
đƣợc bơm vào lõi để hấp thu nhiệt từ các thanh nhiên liệu. Sau đó nó chảy qua một hệ thống
kín để sôi. Hơi nƣớc đƣợc dẫn sang buồng chứa turbin để làm quay turbin. Chuyển động
quay của turbin đƣợc truyền sang máy phát điện.

Hình 1.7: Lò áp lực nƣớc
Lò nƣớc sôi sinh hơi trực tiếp: Trong lò nƣớc sôi, nƣớc sôi ngay sau khi hấp thu nhiệt
từ các thanh nhiên liệu và hơi đƣợc dẫn sang buồng chứa turbin. Ra khỏi turbin, nƣớc đƣợc
làm nguội tại một tháp để quay trở lại dạng lỏng. Sau đó nƣớc tiếp tục chảy tới buồng tạo
hơi.
11
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Hình 1.8: Lò nƣớc sôi
Lò phản ứng graphite: Graphite đƣợc sử dụng làm chất làm chậm, chất truyền nhiệt
trong lò phản ứng graphite có thể là nƣớc nhẹ, nƣớc nặng, gas, hoặc kim loại nóng chảy. Các
thanh nhiên liệu đƣợc xếp trong các ống dẫn cùng các chất truyền nhiệt. Bao quanh các ống
dẫn là graphite. Ở nhiệt độ cao, graphite xảy ra phản ứng với không khí, do đó chất làm
chậm graphite đƣợc xếp vào trong các hộp kín làm bằng kim loại. Lớp bảo vệ sinh học đƣợc
làm bằng bê tông dày, khí trơ Heli hoặc CO2 bơm vào bên trong lò phản ứng.
Lò phản ứng sử dụng notron kích hoạt năng lƣợng lớn (notron nhanh): Nguyên
liệu sử dụng trong lò là hỗn hợp U235 và Pu239 đƣợc làm giàu (15%). Phản ứng dây truyền
xảy ra dƣới tác động kích hoạt của các nơtron nhanh. Bao quanh vùng phản ứng là các tấm
U238 hoặc Th232 có nhiệm vụ hấp thu toàn bộ các hạt nơtron nhanh, còn gọi là vùng tái
sinh nguyên liệu. Các tấm U238 và Th232 khi hấp thụ nơtron sẽ trở thành Pu239, U233, nó
sẽ tách ra trong quá trình tái chế. Trong lò phản ứng sử dụng nơtron nhanh kích hoạt, không
cần dùng chất làm chậm nơtron. Kim loại lỏng (Na, K, hoặc hỗn hợp Na – K) đƣợc sử dụng
làm chất truyền nhiệt. Lò phản ứng sử dụng notron nhanh kích hoạt không cần chất làm

chậm, sử dụng các thanh nguyên liệu đƣợc làm giàu, và sắp xếp gần nhau, nên nhiệt lƣợng
tỏa ra rất lớn (1000 kW/l), do đó công suất của loại lò phản ứng này lớn. Chất truyền nhiệt
phải có khả năng trao đổi nhiệt nhanh, thƣờng đƣợc sử dụng là kim loại lỏng (Na, K, hoặc
hỗn hợp Na – K) đƣợc sử dụng làm chất truyền nhiệt. Cũng do sử dụng nguyên liệu là các
thanh Uran đƣợc làm giàu nên mức độ an toàn cũng thấp hơn các loại lò khác.
Lò nhiệt độ cao tải nhiệt bằng tải nhiệt bằng khí gas, với graphite làm chất làm
chậm: Loại lò này vẫn chƣa đƣợc vận hành thƣơng mại, là một phƣơng án thay thế cho thiết
kế thông thƣờng. Nó dùng graphite là chất làm chậm và khí helium là chất tải nhiệt. Đặc
điểm nổi bật của loại lò là có độ an toàn cao. Nhiên liệu của chúng đƣợc bọc trong lớp vỏ
12
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

gốm chịu đƣợc nhiệt độ trên 1.600oC trong khi nhiệt độ làm việc hiệu quả của lò là 95oC.
Helium đƣợc dẫn trực tiếp tới turbin.
Ngoài ra, còn có một số lò cải tiến khác với tính năng làm việc, độ an toàn và tuổi thọ
đƣợc nâng lên đang trong quá trình xin cấp phép ở một số nƣớc và có thể đƣợc xây dựng vào
năm 2010.
1.3.2. Nguyên liệu hạt nhân
Uranium tồn tại ở dạng đông đặc có trong lòng đất. Uranium đã đƣợc gọi là món quà
của tự nhiên cho phát triển kinh tế sạch do nó có thể sản xuất ra rất nhiều năng lƣợng mà chỉ
để lại một lƣợng chất thải nhỏ. Chúng đƣợc khai thác, tuyển, tinh chế và làm giàu để tạo
thành U235. Muốn tách đƣợc U235 khỏi kim loại uranium tự nhiên phải sử dụng các công
nghệ làm giàu. Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp để làm giàu uranium nhƣ: Tách đồng vị

điện từ, khuyếch tán nhiệt, khuyếch tán khí, khí động học, tách đồng vị bằng Lasde, trao đổi
ion và hoá học, tách Plasma và khí ly tâm.
Quặng tinh chế - hay uranium oxide - đƣợc gọi là ―bánh vàng‖, đƣợc chế biến thành khí
uranium, sau đó trải qua nhiều cấp độ làm giàu khác nhau. Uranium đƣợc làm giàu ở cấp độ
thấp đƣợc sử dụng làm nhiên liệu hạt nhân. Còn uranium đƣợc làm giàu ở cấp độ cao hơn
dùng để chế tạo vũ khí hạt nhân.
Trong thực tế, khó có thể tách đƣợc một lƣợng U235 ròng tuyệt đối. Chỉ có thể làm
giàu đồng vị U235 trong hỗn hợp kim loại uranium đến một tỉ lệ nhất định. Với độ giàu
khoảng 5% (hay U235 giàu 5%), kim loại hỗn hợp uranium đã có thể dùng làm nhiên liệu
cho lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân. Nhƣng để làm chất nổ cho bom nguyên tử thì
U235 phải đạt độ giàu trên 90%.
Khác với trƣờng hợp uranium, trong tự nhiên hầu nhƣ không tồn tại nguyên tố
Plutonium, nên việc điều chế Pu239 dựa trên một công nghệ hoàn toàn khác. Quá trình xảy
ra nhƣ sau: Hạt nhân U238 bắt một nơtron chậm và trở thành hạt nhân U239. Gần nhƣ tức
thời, hạt nhân mới này phát ra liên tiếp 2 hạt  để biến thành một hạt nhân hoàn toàn mới,
một đồng vị khác của nguyên tố Plutoni, đồng vị Pu239.
Điều may mắn là trong quặng urani tự nhiên có thành phần U238 áp đảo nên phƣơng
pháp điều chế Pu239 theo nguyên lý nói trên là tối ƣu nhất về kinh tế.
Việc chế tạo ―chất nổ‖ hạt nhân Pu239 theo công nghệ nói trên cũng có thể thực hiện
ngay ở trên lò phản ứng nƣớc nhẹ với chất làm chậm là nƣớc thƣờng.
Nhƣng với mục tiêu chế tạo Pu239 ở quy mô công nghiệp, hiện nay, lò phản ứng với
chất làm chậm nƣớc nặng (D2O) là công cụ lý tƣởng nhất. Trong loại lò này chỉ dùng
uranium tự nhiên (không cần làm giàu) để làm nhiên liệu. Nƣớc nặng đóng vai trò làm chậm
các nơtron nhanh sinh ra trong quá trình hoạt động của lò phản ứng, tạo thuận lợi cho sự
biến đổi hạt nhân U238 thành hạt nhân Pu239.
Nhƣ đã nhấn mạnh ở trên, nhiên liệu ―chất nổ‖ hạt nhân trong bom nguyên tử không
phải là tất cả các loại đồng vị của nguyên tố Uranium hay Plutonium nói chung. Trong quả
13
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

bom urani chất nổ đó chỉ là đồng vị U235 và trong quả bom Plutoni chỉ là đồng vị Pu235.
Thực vậy, chỉ có hai loại đồng vị U235 và Pu239 là có khả năng gây ra các phản ứng phân
hạch dây chuyền. Dƣới tác dụng của nơtron, hạt nhân U235 hay Pu239 đƣợc phân ra hai
mảnh, toả ra một năng lƣợng lớn khoảng 200 MeV (200 triệu điện tử-vôn), đồng thời giải
phóng 2 - 3 nơtron mới.
Đến lƣợt mình, các nơtron vừa sinh ra lại gây ra phản ứng phân hạch kế tiếp, quá trình
này cứ tiếp diễn và số hạt nhân phân hạch và năng lƣợng phát ra tăng lên nhanh chóng. Phản
ứng dây chuyền này có thể kiềm chế ở trong lò phản ứng nhƣng cũng có thể không chế ngự
để tạo nên sức nổ khủng khiếp trong bom nguyên tử (bom A).

Hình 1.9: Chu trình nguyên liệu hạt nhân

Chu trình nguyên liệu hạt nhân bắt đầu khi uranium đƣợc khai thác, làm giàu, và chế
tạo thành nguyên liệu hạt nhân (1) đƣa đến nhà máy năng lƣợng hạt nhân. Sau khi sử dụng ở
nhà máy, nguyên liệu đã qua sử dụng đƣợc đƣa tới nhà máy tái xử lý (2) hoặc kho chứa cuối
cùng (3). Trong quá trình tái xử lý 95% nguyên liệu đã sử dụng có thể đƣợc thu hồi để đƣa
trở lại nhà máy năng lƣợng (4).
Lò phản ứng hạt nhân là một phần trong chu trình năng lƣợng hạt nhân. Quá trình bắt
đầu từ khai thác mỏ. Các mỏ urani nằm dƣới lòng đất, đƣợc khai thác theo phƣơng thức lộ
thiên, hoặc các mỏ đãi tại chỗ. Khi quặng uranium đƣợc chiết tách, nó thƣờng đƣợc chuyển
thành dạng ổn định và nén chặt nhƣ bánh vàng (yellowcake), và sau đó vận chuyển đến nhà
máy xử lý. Ở đây, bánh vàng đƣợc chuyển thành urani hexaflorua, loại này sau đó lại đƣợc
đem đi làm giàu để sử dụng cho các ngành công nghệ khác nhau. Uranium sau khi đƣợc làm

giàu chứa hơn 0,7% U235 tự nhiên rồi đƣợc ép và nung thành những viên dài 1 cm, nặng
khoảng 7 gam. Các viên này đƣợc xếp lần lƣợt vào ống kim loại dài khoảng 4 m bịt kín 2
14
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

đầu để tạo thành các thanh nhiên liệu đƣợc sử dụng trong lò phản ứng đặc biệt. Mỗi nhà máy
điện hạt nhân cần hơn 40.000 thanh nhiên liệu. Cứ 264 thanh đƣợc kết lại thành những bó
hình vuông gọi là bó thanh nhiên liệu. Một lò phản ứng hạt nhân 900 MW cần khoảng 157
bó thanh nhiên liệu (chứa khoảng 11 triệu viên). Các bó này đƣợc sắp xếp thành tâm lò phản
ứng.
Các cần nguyên liệu sẽ trải qua khoảng 3 chu trình vận hành (tổng cộng khoảng 6 năm)
trong lò phản ứng, về mặt tổng quát chỉ có khoảng 3% lƣợng urani của nó tham gia vào phản
ứng phân hạch, sau đó chúng sẽ đƣợc chuyển tới một hố nguyên liệu đã sử dụng, ở đây các
đồng vị có tuổi thọ thấp đƣợc tạo ra từ phản ứng phân hạch sẽ phân rã. Sau khoảng 5 năm
trong hố làm lạnh, nguyên liệu tiêu thụ nguội đi và giảm tính phóng xạ đến mức có thể xách
đƣợc, và nó đƣợc chuyển đến các thùng chứa khô hoặc đem tái xử lý.
1.3.3. Các loại lò phản ứng hạt nhân đƣợc dùng phổ biến trên thế giới
Ngày nay, công nghệ lò phản ứng hạt nhân phát triển rất phong phú và đa dạng. Hiện
có trên 10 loại lò đang đƣợc sử dụng, nghiên cứu phát triển.
Lò nƣớc nhẹ: (bao gồm cả lò nƣớc sôi - BWR và lò nƣớc áp lực - PWR): Đóng vai trò
chủ đạo, chiếm tỷ trọng lớn tại nhiều nƣớc có điện hạt nhân. Đây là công nghệ không những
đã đƣợc phát triển, hoàn thiện và thƣơng mại hóa rộng rãi trên thế giới mà còn là công nghệ
tiềm năng cho những cải tiến mạnh mẽ trong tƣơng lai gần. Các lò nƣớc nhẹ công suất lớn

đang đƣợc nâng cấp thành các lò cải tiến với công suất lớn hơn.
Lò nƣớc nặng: Bắt đầu phát triển từ Canada, cho đến nay công nghệ lò này cũng đƣợc
áp dụng tại nhiều nƣớc, đặc biệt một số nƣớc bắt đầu phát triển công nghệ hạt nhân từ kiểu
nƣớc nặng nhƣ Trung Quốc, Ấn Độ chú trọng phát triển lò nƣớc nặng và đã tự chủ trong
công nghệ này. Gần đây nhất, Rumani đã nhập công nghệ này và xây dựng hai tổ máy. Lò
nƣớc nặng có chu trình nhiên liệu linh hoạt, có thể sử dụng urani tự nhiên, urani có độ giàu
thấp hoàn nguyên từ tái chế nhiên liệu đã cháy của PWR, nhiên liệu oxide hỗn hợp, thorium.
Lò khí nhiệt độ cao: Đƣợc phát triển ở Mỹ, Anh và Tây Đức, lò này sử dụng Graphit
làm chậm nơtron, heli làm chất tải nhiệt và nhiên liệu là viên urani-thorium có độ giàu cao
đƣợc bao bọc bởi graphit. Tuy nhiên, công nghệ lò khí hiện nay dƣờng nhƣ chững lại. Các
hƣớng nghiên cứu phát triển tập trung vào lò khí nhiệt độ cao, lò tầng cuội kiểu nhiên liệu
viên tròn với vỏ bọc Graphite. Một khả năng lớn cho việc ứng dụng lò khí là dùng để sản
xuất Hydro cho pin nhiên liệu.
Lò nơron nhanh: Sử dụng urani hoặc plutoni có độ giàu cao làm nhiên liệu, vùng hoạt
đƣợc bao bọc xung quanh bởi urani tự nhiên và kim loại lỏng đƣợc dùng làm chất tải nhiệt.
Tổ máy dùng lò nơtron nhanh có 3 vòng tuần hoàn, vòng 1 qua vùng hoạt, vòng 2 qua trung
gian và vòng 3 là vòng của chất sinh công, qua tuốc bin.
Hệ lò dùng máy gia tốc: Một phát triển gần đây là kết hợp công nghệ lò phân hạch và
máy gia tốc để phát điện và chuyển hóa các đồng vị sống lâu trong chất thải phóng xạ. Chùm
proton năng lƣợng cao đập vào bia kim loại nặng làm sản sinh nơtron.
15
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Tên và kí hiệu các loại lò phản ứng thông dụng trên thế giới:
ABWR - Lò nƣớc sôi cải tiến
AGR - Lò cải tiến, dùng graphite làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt.
BWR - Lò nƣớc sôi
FBR - Lò phản ứng sử dụng notron kích họat năng lƣợng lớn (notron nhanh)
GCR - Lò phản ứng dùng graphite làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt.
HTGR - Lò nhiệt độ cao, tải nhiệt bằng khí gas, với graphite làm chất làm chậm.
HWGCR - Lò phản ứng dùng nƣớc nặng làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt.
HWLWR - Lò phản ứng dùng nƣớc nhẹ làm chất truyền nhiệt, nƣớc nặng làm chất làm
chậm.
РБМК - Lò phản ứng dùng graphite làm chất làm chậm, nƣớc nhẹ làm chất dẫn nhiệt.
PHWR - Lò phản ứng áp lực, dùng nƣớc nặng làm chất dẫn nhiệt và làm chậm
PWR - Lò phản ứng áp lực, dùng nƣớc nhẹ làm chất truyền nhiệt.
SGHWR - Lò phản dùng nƣớc nặng làm chất truyền nhiệt
ВВЭР - Lò phản ứng nƣớc-nƣớc (kiểu Nga, tƣơng đƣơng lò PWR)
1.3.4. An toàn kỹ thuật tại các cơ sở hạt nhân
Đảm bảo an toàn là vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế, xây dựng và vận hành các lò
phản ứng hạt nhân. Trong thiết kế, nhiều hệ thống khác nhau đƣợc thực hiện để đảm bảo an
toàn nhƣ hệ thống khóa tự động. Các hệ thống khóa này có nhiệm vụ ngăn những sự cố có
thể xảy ra. Ngoài ra cón có hệ thống an toàn dự phòng, nếu mất điện các thanh kiểm tra có
thể đƣợc hạ xuống tâm lò bằng thủy lực.
Để ngăn chặn các chất phóng xạ thoát ra ngoài môi trƣờng, các rào ngăn sẽ đảm bảo
nhiệm vụ này. Hệ thống có 5 rào ngăn tính từ trong ra ngoài: Rào thứ nhất là khi Urani đã
đƣợc làm thành các thanh rắn; rào thứ hai là khi các thanh Urani đƣợc bọc các vỏ bằng hợp
kim Zirconi; rào thứ ba là khi nhiên liệu đƣợc đặc trong thùng lò; rào thứ tƣ là thùng lò và
các thiết bị quan trọng đặt trong nhà kín bằng thép hoặc bê tông cốt thép; rào thứ năm là tòa
nhà làm bằng bê tông rất dày.
Thông thƣờng để đảm bảo an toàn, trong nhà máy điện hạt nhân sử dụng 2 đến 3 vòng
truyền nhiệt để truyền nhiệt năng từ tâm lò phản ứng đến bộ phận tạo hơi.
Vòng truyền nhiệt sơ cấp: Chất dẫn nhiệt đƣợc bơm vào vùng phản ứng, nhận năng

lƣợng sinh ra từ phản ứng dây truyền, đi đến bộ phận trao đổi nhiệt, truyền nhiệt năng nó
mang theo cho vòng truyền nhiệt thứ hai.
Vòng truyền nhiệt thứ cấp: Chất dẫn nhiệt đƣợc bơm vào vùng trao đổi nhiệt với vòng
truyền nhiệt thứ nhất, nhận nhiệt năng đem đến bộ phận tạo hơi nƣớc làm quay turbin. Trong
một số lò phản ứng hạt nhân, để đảm bảo an toàn có thể có hai vòng thứ cấp.
Chất dẫn nhiệt của vòng sơ cấp là nƣớc, nƣớc nặng, khí gas… kim loại lỏng, tùy thuộc
vào cấu tạo lò phản ứng hạt nhân. Chất dẫn nhiệt của vòng thứ cấp thƣờng là nƣớc. Thiết bị
của các vòng truyền nhiệt sơ cấp đƣợc đặt trong một lớp vỏ bảo vệ sinh học.
16
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Trong những năm vừa qua, sự phát triển cũng hƣớng tới việc cải tiến công tác bảo trì
và tăng độ tin cậy của hệ thống thiết bị bằng việc giảm bớt các thiết bị phức tạp, một trong
những hƣớng đó là áp dụng các hệ thống an toàn thụ động.
1.4. Hạt nhân-nguồn năng lƣợng cần thiết
Trong thế kỷ 21, các hoạt động của con ngƣời có thể sẽ làm tăng gấp đôi lƣợng khí nhà
kính, vốn là các loại khí giữ nhiệt. Nếu nhìn lại lịch sử của loài ngƣời thì sự gia tăng khí nhà
kính riêng trong thế kỷ 21 là quá đột ngột. Hầu hết các năng lƣợng ngày nay đều bắt nguồn
từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, đây là những nhiên liệu để tạo ra điện, để vận hành các
nhà máy, các phƣơng tiện đi lại và để giúp sƣởi ấm trong các hộ gia đình. Các nguồn nhiêu
liệu hóa thạch nhƣ than, dầu và khí đốt tự nhiên đang đƣợc tiêu thụ nhanh tới mức chúng sẽ
gần nhƣ cạn kiệt trong thế kỷ tới. Ðối với các loại nhiên liệu hóa thạch, các chất thải đều
đƣợc thải trực tiếp vào trong không khí. Trong số này nhiều loại chất thải tồn tại đƣới dạng

khí nhà kính nhƣ đi-ô-xít các-bon. Mỗi năm các chất thải từ nhiên liệu hóa thạch đã đƣa
thêm 25 tỉ tấn đi-ô-xít cácbon vào khí quyển, nhƣ vậy là 70 triệu tấn mỗi ngày, hay 800 tấn
mỗi giây. Mặt khác, các nguồn năng lƣợng tái tạo cung cấp năng lƣợng cƣờng độ thấp hơn,
chi phí sản xuất điện từ các nguồn tái tạo khá cao. Ðể có thể bình ổn quá trình gia tăng khí
nhà kính, lƣợng khí thải trên toàn thế giới cần phải giảm đi 50%. Tuy nhiên, do nhu cầu sinh
hoạt, sản xuất,…của con ngƣời quá lớn nên không thể nào nhanh chóng giảm lƣợng khí thải
đến mức thấp nhất. Mặc khác, dân số thế giới tăng với tốc độ chóng mặt, đòi hỏi phải có một
lƣợng năng lƣợng khổng lồ để:
- Cung cấp nƣớc sạch
- Dùng trong sinh hoạt, sản xuất
- Vận hành các nhà máy, nhà cửa và phƣơng tiện giao thông
- Giúp tạo ra cơ sở hạ tầng cho giáo dục và y tế
…
Ðể đáp ứng đƣợc những nhu cầu này, con ngƣời cần huy động năng lƣợng từ mọi
nguồn. Nhƣng quá trình sản xuất ra năng lƣợng cho thế giới cần phải đƣợc tiến hóa dần khỏi
việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch. Giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch sẽ bảo vệ môi
trƣờng và duy trì những nguồn năng lƣợng không thể thay thế cho các thế hệ tƣơng lai.
Ngoài ra, do nguồn tài nguyên dần cạn kiệt nên đã đẩy giá của chúng lên khá cao. Ví dụ nhƣ
giá dầu thô hiện nay đạt đến mức kỷ lục từ trƣớc đến nay. Nếu nhƣ, bƣớc vào đầu năm 2004,
giá dầu 28 USD/1 thùng, đến tháng 8/2004 đã trên 41 USD/1 thùng thì đến nay đã là trên 50
USD/1 thùng.
Vấn đề đặt ra cho nhân loại là phải có những biện pháp giảm khí thải nhƣng đồng thời
vẫn tăng sản xuất năng lƣợng và đƣa vào sử dụng gấp những công nghệ dùng năng lƣợng có
17
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

ít khí thải. Nhƣ vậy có thể tƣởng tƣợng ra những thành phố lớn trong tƣơng lai thải ra rất ít
chất thải trực tiếp do dùng điện, ắc quy sạc điện và các loại khí đốt dùng hydro tạo ra từ
điện. Có thể nói điện là cách duy nhất để phân phối năng lƣợng. Nhƣng làm thế nào để tạo ra
nguồn điện theo một quy trình sản xuất sạch? Và con ngƣời đã phát hiện ra nguồn năng
lƣợng dồi giàu có thể giải quyết các vấn đề trên. Đó là năng lƣợng hạt nhân.
Năng lƣợng hạt nhân không những cung cấp nguồn điện sạch mà còn có những ứng
dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực:
- Nâng cao khả năng chẩn đoán bệnh tật
- Chữa bệnh cho con ngƣời
- Tăng cƣờng dinh dƣỡng cho con ngƣời
- Giảm ô nhiễm môi trƣờng
- Phát triển nguồn nƣớc
- Loại bỏ các loài vật gây hại
- Tăng năng suất trong nông nghiệp
- Bảo quản thực phẩm
- Ðẩy mạnh kiểm tra chất lƣợng trong công nghiệp
- Thúc đẩy khoa học phát triển
Ở các quốc gia có năng lƣợng hạt nhân, chất thải phóng xạ chiếm ít hơn 1% trong tổng
lƣợng chất thải công nghiệp độc hại. Nhìn chung, năng lƣợng hạt nhân tạo ra ít chất thải hơn
so với các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Các nhà máy đốt than đặc biệt tạo
ra nhiều chất độc hại và một lƣợng tro phóng xạ mức trung bình do sự tập trung các kim loại
xuất hiện trong tự nhiên và các vật liệu phóng xạ có trong than. Tính bình quân lƣợng ảnh
hƣởng đến dân số từ các nhà máy sử dụng than cao gấp 100 lần so với các nhà máy hạt nhân.
Theo một tin tức trên chƣơng trình năm 2007, năng lƣợng hạt nhân làm cho nƣớc Pháp
có không khí sạch nhất trong các quốc gia công nghiệp, và có giá điện rẽ nhất trong toàn
châu Âu.
Sự phát triển các lò năng lƣợng hạt nhân ngày nay hƣớng tới sự hoàn thiện các hệ

thống an toàn. Ngày 15/6/2012, Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã công bố
nghiên cứu "Công nghệ hạt nhân vì tƣơng lai bền vững," trong đó nêu bật những lĩnh vực
đang đƣợc công nghệ hạt nhân thúc đẩy nhằm đảm bảo an ninh, hòa bình và thịnh vƣợng
trên toàn cầu. Tổng Giám đốc IAEA Yukiya Amano nhấn mạnh phát triển bền vững cần hợp
tác quốc tế và sử dụng hiệu quả công nghệ hạt nhân. Hàng triệu ngƣời trên thế giới đang
đƣợc hƣởng lợi từ các ứng dụng của công nghệ này. Thông qua chƣơng trình hợp tác kỹ
18
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

thuật rộng rãi, IAEA giúp các nƣớc sử dụng công nghệ hạt nhân vào hàng loạt ứng dụng
trong các lĩnh vực năng lƣợng, nông nghiệp, y tế, môi trƣờng… Nghiên cứu của IAEA nêu
bật 6 lợi ích to lớn của công nghệ hạt nhân trong nỗ lực xây dựng tƣơng lai bền vững, bao
gồm:
Thứ nhất, góp phần thúc đẩy tăng trƣởng kinh tế và hạn chế tình trạng khai thác quá
mức các nguồn tài nguyên gây tổn hại "các dịch vụ tự nhiên" nhƣ đa dạng sinh học, nguồn
nƣớc ngọt, không khí sạch và đất canh tác cũng nhƣ đe dọa sự phát triển bền vững. IAEA đã
phát triển phƣơng pháp mới, cho phép phân tích đồng thời và đồng bộ các tƣơng tác phức
tạp giữa thời tiết, sử dụng đất, các chiến lƣợc năng lƣợng và nƣớc..., nhằm tạo điều kiện
thuận lợi giúp các nƣớc dễ thích nghi hơn với các tình huống mới.
Thứ hai, giúp xác định và xây dựng bản đồ các nguồn nƣớc ngầm khả thi và nhanh
hơn so với các công nghệ khác, từ đó nhân loại có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn nƣớc sạch
và an toàn. Công nghệ hạt nhân cũng cải thiện hiệu quả các hệ thống thủy lợi hiện đang sử
dụng tới 70% nguồn nƣớc ngọt của thế giới.

Thứ ba, giúp các nƣớc sử dụng năng lƣợng hạt nhân an toàn và bền vững hơn, giảm
thiểu lƣợng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và tác động của biến đổi khí hậu. Trong bối cảnh
nhu cầu điện của thế giới đƣợc dự báo tăng từ 60 - 100% vào năm 2030, năng lƣợng hạt
nhân với sự giám sát trực tiếp của IAEA sẽ góp phần tăng cƣờng hòa bình và an ninh trên
thế giới.
Thứ tƣ, góp phần tăng sản lƣợng lƣơng thực, đánh giá để bảo tồn và nâng cao độ phì
nhiêu của các nguồn đất và quản lý nguồn nƣớc trong bối cảnh an ninh lƣơng thực vẫn là
thách thức lớn của toàn cầu trong thập kỷ tới.
Thứ năm, giúp nhận thức và bảo vệ tốt hơn các đại dƣơng của thế giới thông qua giám
sát quá trình axít hóa trong các đại dƣơng. Công nghệ hạt nhân cũng là công cụ để phát triển
bức tranh tổng thể về quá khứ của các đại dƣơng.
Thứ sáu, cung cấp các chẩn đoán chính xác và quan trọng giúp phát hiện và điều trị
các bệnh lây nhiễm và không lây nhiễm. Hàng triệu ngƣời trên thế giới hàng ngày đang phụ
thuộc vào các phƣơng pháp chẩn đoán và điều trị bệnh từ ứng dụng của công nghệ hạt nhân
nhƣ dƣợc phẩm phóng xạ... Sử dụng an toàn và phối hợp tốt công nghệ hạt nhân trong điều
trị bệnh đang góp phần tích cực nâng cao sức khỏe và ổn định xã hội trên thế giới.
Mặc dù năng lƣợng hạt nhân mang lại hiệu quả kinh tế cao nhƣng ai cũng đều biết hiểm
hoạ nếu có sự cố xảy ra. Vì vậy, những ngƣời ủng hộ và phản đối sử dụng năng lƣợng hạt
nhân vẫn tiếp tục có những tranh luận về vấn đề này và dƣờng nhƣ khó đạt đƣợc sự đồng
thuận. Những ngƣời ủng hộ cho rằng công nghệ năng lƣợng hạt nhân hầu nhƣ không phát
tán chất gây nhiễm không khí vì ít chất thải hơn nhiều so với các nhà máy chạy bằng nhiên
liệu than, khí, dầu mà hiệu quả kinh tế lại hơn nhiều. Ngƣợc lại, những ngƣời tham gia chiến
dịch chống hạt nhân quả quyết rằng lợi ích về chi phí không là gì so với các mối lo ngại về
an toàn liên quan đến chất thải hạt nhân trƣớc mắt cũng nhƣ lâu dài, ảnh hƣởng đến tính
mạng con ngƣời...
19
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

Trên thực tế, phát triển năng lƣợng hạt nhân là một "nhu cầu" không chỉ đối với các chế
độ độc tài mà còn đối với các chế độ dân chủ. Các quốc gia đều mong muốn sở hữu năng
lƣợng hạt nhân bởi họ thấy đƣợc tầm quan trọng của quyền lực hạt nhân.
Một mặt khác, để cải thiện kinh tế thì công suất của một tổ máy ngày càng đƣợc tăng
lên. Trong khi đó, lƣợng Uranium tự nhiên tồn tại trong quả đất tƣơng đối ít và kim loại
Uranium này chỉ gồm hai thành phần đồng vị chủ yếu là U238 và U235, trong đó U238
chiếm hàm lƣợng áp đảo với 99,7%, còn đồng vị nhiên liệu phân hạch U235 lại quá nghèo,
chỉ chiếm 0,3%. Do đó các nƣớc hƣớng tới phát triển tổ máy với gam công suất lớn ở mức
1600 Mwe.
1.5. Những tác hại tiêu cực trong việc ứng dụng công nghệ hạt nhân
1.5.1. Các vụ nổ hạt nhân, nhà máy điện nguyên tử
Theo thống kê từ giai đoạn hình thành và phát triển cho đến nay đã có hơn hai ngàn vụ
nổ hạt nhân và thử nghiệm hạt nhân, chủ yếu là do các quốc gia sau đây thực hiện: Hoa Kỳ,
Liên Xô, Pháp, Anh, Trung Quốc, Ấn Độ và Pakistan. Vũ khí phân hạch đầu tiên có sức
công phá đo đƣợc là vài ngàn kiloton, tƣơng đƣơng với hàng ngàn và hàng triệu tấn thuốc nổ
TNT (tri-nitro-toluen), trong khi đó vụ nổ bom khinh khí lớn nhất chỉ đo đƣợc là 10
megaton. Trên thực tế vũ khí hạt nhân có thể tạo ra các sức công phá khác nhau, từ nhỏ hơn
một kiloton ở các vũ khí hạt nhân cầm tay nhƣ Davy Crockett của Hoa Kỳ cho đến 54
megaton nhƣ Bom Sa hoàng (Tsar-Bomba) của Liên Xô ( vào ngày 30/10/1961 ).
Năng lƣợng từ vụ nổ vũ khí hạt nhân thoát ra ở bốn loại sau đây:


Áp lực — 40-60% tổng năng lƣợng



Bức xạ nhiệt — 30-50% tổng năng lƣợng



Bức xạ ion — 5% tổng năng lƣợng



Bức xạ dƣ (bụi phóng xạ) — 5-10% tổng năng lƣợng

Lƣợng năng lƣợng giải thoát của từng loại phụ thuộc vào thiết kế của vũ khí và môi
trƣờng mà vụ nổ hạt nhân xảy ra. Bức xạ dƣ là năng lƣợng đƣợc giải thoát sau vụ nổ, trong
khi các loại khác thì đƣợc giải thoát ngay lập tức.
Hiệu ứng quan trọng nhất của vũ khí hạt nhân là áp lực và bức xạ nhiệt có cơ chế phá
hủy giống nhƣ các vũ khí quy ƣớc. Sự khác biệt cơ bản là vũ khí hạt nhân có thể giải thoát
một lƣợng lớn năng lƣợng tại một thời điểm. Tàn phá chủ yếu của bom hạt nhân không liên
quan trực tiếp đến quá trình hạt nhân giải thoát năng lƣợng mà liên quan đến sức mạnh của
vụ nổ.
Mức độ tàn phá của ba loại năng lƣợng đầu tiên khác nhau tùy theo kích thƣớc của
bom. Bức xạ nhiệt suy giảm theo khoảng cách chậm nhất, do đó, bom càng lớn thì hiệu ứng
phá hủy do nhiệt càng mạnh. Bức xạ ion bị suy giảm nhanh chóng trong không khí, nên nó
chỉ nguy hiểm đối với các vũ khí hạt nhân hạng nhẹ. Áp lực suy giảm nhanh hơn bức xạ
nhiệt nhƣng chậm hơn bức xạ ion.
20
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: ThS. Hoàng Xuân Dinh

* Hai quả bom nguyên tử thả xuống Hiroshima và Nagasaki
Lúc 8 giờ 15 (giờ Hiroshima), chiếc Enola Gay thả quả bom nguyên tử "Little Boy"
(Cậu bé) trên bầu trời trung tâm Hiroshima. Quả bom nổ cách mặt đất khoảng 600 m với
đƣơng lƣợng nổ 13 kiloton (vũ khí nguyên tử sử dụng U235 bị coi là không có hiệu năng
cao, chỉ có 1,38% khối lƣợng của chúng phân hạch), ngay lập tức giết chết ít nhất 90.000
ngƣời.
Đó là quả bom nguyên tử đầu tiên đƣợc sử dụng trong chiến tranh, gây ra thảm hoạ
kinh hoàng đối với thành phố này. "Little Boy" đã xóa sổ thành phố của Nhật Bản khỏi mặt
đất. Chỉ trong mấy giây, hàng trăm nghìn ngƣời dân đã bị thiêu cháy trong ngọn lửa vòi rồng
chết chóc từ vụ nổ, những ngƣời khác thì tử vong sau đó vì vết thƣơng và các căn bệnh
nhiễm xạ.
Ba ngày sau đó, lại diễn ra khung cảnh tƣơng tự với thành phố Nagasaki cách đó 300
km, Quả bom thứ hai dài khoảng 3,25 mét, đƣờng kính 1,52 cm, nặng 4,5 tấn, đƣợc đặt cho
một cái tên khá hài hƣớc là "Fat Man" (Chàng Béo). Quả bom Fat Man, mang lõi khoảng
6,4 kg Plutonium 239 đƣợc thả xuống thung lũng công nghiệp của thành phố. 43 giây sau,
nó nổ ở 469 mét cách mặt đất, ở giữa xƣởng thép và vũ khí của Misubishi. Vụ nổ có đƣơng
lƣợng 21 kiloton, nhiệt độ cao nhất đạt đƣợc là 3.871°C (7.000° Fahrenheit) và sức gió
khoảng 1.000 km/giờ (624 mph). Quả bom Plutoni nặng mấy tấn này cũng chỉ chứa vài kg
nhiên liệu ròng Plutonium với thành phần chủ yếu là đồng vị ―chất nổ‖ Pu239 nhƣng sức tàn
phá của quả bom Plutoni còn lớn hơn, tƣơng đƣơng gần 21.000 tấn thuốc nổ TNT, phá huỷ
hoàn toàn 6,7 km2 nhà cửa (1/3 số nhà của thành phố Nagasaki) và tàn sát 2/3 số dân thành
phố (7,3 vạn ngƣời chết và 7,5 vạn ngƣời bị thƣơng). Mỹ đã công nhiên phô diễn trên đất
Nhật Bản sức mạnh phá hoại khủng khiếp của thứ vũ khí mới.

Hình 1.10: Bom nguyên tử thả xuống Hiroshima.
140.000 ngƣời dân Hiroshima đã chết bởi vụ nổ cũng nhƣ bởi hậu quả của nó. Số ngƣời

thiệt mạng ở Nagasaki là 74.000. Ở cả hai thành phố, phần lớn ngƣời chết là thƣờng dân.
21
SVTH: Nguyễn Ngọc Bích

Lớp: Sƣ phạm Vật lý-Tin học K35