Tìm hiểu năng lượng nguyên tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA VẬT LÍ
TIỂU LUẬN
NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ
Giáo viên: Nguyễn Thị Vân Anh
Sinh viên: Lê Văn Đức
Hà Nội, 2011
Mở đầu
Khái niệm nguyên tử đã tồn tại trong nhiều thế kỉ. Nhưng chỉ gần đây, chúng
ta mới bắt đầu hiểu được sức mạnh khủng khiếp chứa trong khối lượng nhỏ xíu ấy.
Trong những năm ngay trước 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 lượng 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, và công nghiệp khác.
Chúng ta bắt đầu hình thành tư duy về nguyên tử với ý tưởng của các nhà
triết học Hi Lạp cổ đại. Sau đó, chúng ta biết thêm về nguyên tử và năng lượng của
nó nhờ những nhà khoa học đầu tiên khám phá ra hiện tượng phóng xạ. Bây giờ,
chúng ta biết đến công dụng hiện đại của nguyên tử là một nguồn năng lượng vô
giá. Chúng ta có thể thấy sự phát triển chóng mặt của khoa học nguyên tử cũng
như hiểu biết của con người về thế giới vô cùng bé cấu tạo lên thế giới của chúng
ta.
Trong khuôn khổ bài tiểu luận, ta không đi sâu vào tìm hiểu cơ chế, bản chất
nguyên tử hay sự sản sinh năng lượng hạt nhân mà đưa đến một cái nhìn tổng quan
về năng lượng hạt nhân bao gồm lịch sử, bản chất, sự phát triển và ứng dụng công
nghệ hạt nhân trên thế giới cũng như tại Việt Nam.
I.Lịch sử hình thành và sử dụng năng lượng hạt nhân.
Việc theo đuổi năng lượng hạt nhân cho phát điện đã bắt đầu ngay sau khi
phát hiện ra một số yếu tố phóng xạ trong đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, giấc mơ của
khai thác "năng lượng nguyên tử" đã bị phản đối khá mạnh, thậm chí nó đã được

bác bỏ như cha đẻ của vật lý hạt nhân Ernest Rutherford đã nói nó là "ánh
trăng" .Tuy nhiên, tình trạng này đã thay đổi trong cuối thập niên 1930, với sự phát
hiện của phản ứng phân hạch hạt nhân .
Năm 1932, James Chadwick khám phá ra nơtron , ngay lập tức được công
nhận là một công cụ tiềm năng cho thử nghiệm hạt nhân vì nơtron có thể vượt qua
hàng rào Coulomb do nó không mang điện. Thử nghiệm với bắn phá các vật liệu
bằng các nơtron dẫn đến việc Frédéric và Irène Joliot-Curie khám phá ra các chất
phóng xạ mới năm 1934, tạo tiền đề cho việc nghiên cứu và phát triển những hiểu
biết của khoa học về hạt nhân nguyên tử cũng như hiện tượng phóng xạ.
Phản ứng phân hạch hạt nhân được Enrico Fermi thực hiện hành công vào năm
1934 khi nhóm của ông dùng nơtron bắn phá hạt nhân uranium. Năm 1938, các
nhà hóa học người Đức là Otto Hahn và Fritz Strassmann, cùng với các nhà vật lý
người Úc Lise Meitner và Otto Robert Frisch cháu của Meitner , đã thực hiện các
thí nghiệm tạo ra các sản phẩm của urani sau khi bị nơtron bắn phá. Họ xác định
rằng các nơtron tương đối nhỏ có thể cắt các hạt nhân của các nguyên tử urani lớn
thành hai phần khá bằng nhau, và đây là một kết quả đáng ngạc nhiên. Rất nhiều
nhà khoa học, trong đó có Leo Szilard là một trong những người đầu tiên nhận thấy
rằng nếu các phản ứng phân hạch sinh ra thêm nơtron, thì một phản ứng hạt nhân
dây chuyền kéo dài là có thể tạo ra được. Các nhà khoa học tâm đắc điều này ở một
số quốc gia (như Hoa Kỳ, Anh, Pháp, Đức và Liên Xô) đã đề nghị với chính phủ
của họ ủng hộ việc nghiên cứu phản ứng phân hạch hạt nhân.
H1. Lò phản ứng B trong dự án Manhattan
Tại Hoa Kỳ, nơi mà Fermi và Szilard di cư đến đây (năm 1938, để tránh sự
truy đuổi của Đức quốc xã Fermi đã đưa gia đình sang Mĩ sinh sống sau khi nhận
giải thưởng Nobel), những kiến nghị trên đã dẫn đến sự ra đời của lò phản ứng đầu
tiên mang tên Chicago Pile-1, đạt được khối lượng tới hạn vào ngày 2 tháng
12 năm 1942. Công trình này trở thành một phần của dự án Manhattan, là một dự
án xây dựng các lò phản ứng lớn ở Hanford Site (thành phố trước đây của Hanford,
Washington) để làm giàu plutoni sử dụng trong các vũ khí hạt nhân đầu tiên được
thả xuống các thành phố Hiroshima và Nagasaki ở Nhật Bản. Việc cố gắng làm

giàu urani song song cũng được tiến hành trong thời gian đó.
Sau thế chiến thứ 2, mối đe dọa về việc nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân có
thể là nguyên nhân thúc đẩy việc phổ biến công nghệ và vũ khí hạt nhân nhanh
chóng, kết hợp với những đều mà các nhà khoa học nghĩ, có thể là một đoạn đường
phát triển dài để tạo ra bối cảnh mà theo đó việc nghiên cứu lò phản ứng phải được
đặt dưới sự kiểm soát và phân loại chặt chẽ của chính phủ. Thêm vào đó, hầu hết
việc nghiên cứu lò phản ứng tập trung chủ yếu vào các mục đích quân sự.
Đến nay, năng lượng hạt nhân không chỉ được biết đến qua 2 quả bom tại
Nhật Bản năm 1945, mà còn được biết đến là một nguồn năng lượng vô tận duy trì
sự sống của con người, bởi lẽ năng lượng mặt trời-nguồn năng lượng vô tận đến
Trái Đất có bản chất là năng lượng hạt nhân.
Ngày 27 tháng 6 năm 1954, nhà máy điện hạt nhân Obninsk của Liên Xô trở
thành nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới sản xuất điện hòa vào mạng lưới
với công suất không tải khoảng 5 MW điện.
Theo thống kê, năng lượng hạt nhân cung cấp khoảng 6% năng lượng của
thế giới, tính riêng điện hạt nhân chiếm khoảng 13-14% sản lượng điện thế giới.
Trong đó chỉ tính riêng Mỹ, Pháp, Nhật thì sản lượng điện hạt nhân chiếm 56,5%
tổng nhu cầu dung điện của 3 nước này.
Một trong những tổ chức đầu tiên phát triển năng lượng hạt nhân là Hải quân
Hoa Kỳ, họ sử dụng năng lượng này trong các bộ phận đẩy của tàu ngầm vàhàng
không mẫu hạm. Nó được ghi nhận là an toàn hạt nhân, có lẽ vì các yêu cầu
nghiêm ngặt của đô đốc Hyman G. Rickover. Hải quân Hoa Kỳ vận hành nhiều lò
phản ứng hạt nhân hơn các đội quân khác bao gồm cả quân đội Liên Xô, mà không
có các tình tiết chính được công khai. Tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân
đầu tiên USS Nautilus (SSN-571) được hạ thủy tháng 12 năm 1954. Hai tàu ngầm
của Hoa Kỳ khác là USS Scorpion vàUSS Thresher đã bị mất trên biển. Hai tàu
này bị mất do hỏng các chức năng hệ thống liên quan đến các lò phản ứng. Những
vị trí này được giám sát và không ai biết sự rò rỉ xảy ra từ các lò phản ứng trên
boong.
Nhà máy năng lượng nguyên tử thương mại đầu tiên trên thế giới, Calder

Hall tại Sellafield, Anh được khai trương vào năm 1956 với công suất ban đầu là
50 MW (sau này nâng lên 200 MW). Còn nhà máy phát điện thương mại đầu tiên
vận hành ở Hoa Kỳ là lò phản ứng Shippingport (Pennsylvania, tháng 12
năm 1957).

H2.Nhà máy điện hạt nhân Ikata H3.Tàu sử dụng năng lượng hạt nhân
Năng lượng hạt nhân có vai trò và tiềm năng to lớn như thế, vậy bản chất và
cơ chế tạo thành năng lượng hạt nhân là như thế nào?
II.Năng lượng hạt nhân và công nghệ lò phản ứng.
1.Năng lượng hạt nhân.
Nguồn gốc năng lượng hạt nhân ta nói ở đây chính là năng lương sinh ra
trong phản ứng phân hạch hạt nhân.
Phản ứng phân hạch hạt nhân – còn gọi là phản ứng phân rã nguyên tử - là
một quá trình vật lý hạt nhân và hoá học hạt nhân mà trong đó hạt nhân nguyên tử