Năng lượng hạt nhân: Điều kỳ diệu hay kẻ hủy diệt nhân loại?

Thời gian gần đây, trên thế giới đang có nhiều ý kiến trái chiều về việc có nên sử dụng điện hạt nhân hay không. Bên cạnh những lợi ích (nguồn năng lượng) khổng lồ mang lại, việc sản xuất loại năng lượng này đem lại những rủi ro và tai nạn khủng khiếp (mà điển hình là vụ nổ nhà máy điện nguyên tử tại Nhật Bản vào năm 2011) là điều làm nhiều nước, trong đó có cả các quốc gia phát triển như Đức cân nhắc.

Chắc hẳn, chúng ta đã quá quen với danh từ “điện nguyên tử” nhưng nó là gì, những đặc điểm của việc sản xuất và sử dụng loại năng lượng này ra sao thì không phải ai cũng biết. Nếu các bạn quan tâm đến loại năng lượng này, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thông qua bài viết sau.

Điện hạt nhân – Nguồn năng lượng của tương lai hay kẻ hủy diệt?

Ngày nay, khi mà các nguồn năng lượng hóa thạch (như than đá, dầu mỏ…) đang ngày càng cạn kiệt, con người đứng trước thách thức phải tìm ra những nguồn năng lượng mới để thay thế. Năng lượng hạt nhân là một trong những ứng viên sáng giá nhất.

Tỷ lệ năng lượng sử dụng trên thế giới.

Đúng như tên gọi, năng lượng hạt nhân được tạo từ việc chia tách các hạt nhân nguyên tử bằng các lò phản ứng được kiểm soát bởi con người và máy móc (chi tiết hơn sẽ được giải thích ở phần sau). Do vậy, năng lượng hạt nhân có thể nói là gần như vô tận nếu như so sánh với các loại năng lượng hóa thạch hiện nay.

Hiện tại, tính đến thời điểm 03/06/2016, có 444 tổ máy điện hạt nhân trong 192 nhà máy hạt nhân trên khắp thế giới đặt tại 31 quốc gia khác nhau với tổng công suất 386 276 MW. Trong năm 2015, năng lượng hạt nhân chiếm khoảng 17% tổng tiêu thụ năng lượng trên thế giới. Hiện tại, Pháp đang là nước phụ thuộc lớn nhất vào năng lượng hạt nhân khi 76,9% nhu cầu năng lượng của nước này được các lò phản ứng cung cấp, vị trí thứ hai là Slovakia. Tại Mỹ, 100 lò phản ứng hạt nhân đang cung cấp tới 19,50 % điện năng cho quốc gia này. 3 cường quốc, Pháp, Nhật Bản và Mỹ chiếm tới hơn 50% tổng sản lượng điện hạt nhân được sản xuất trên toàn thế giới.

Với những lợi thế khủng khiếp về khả năng tạo năng lượng/ khối lượng, năng lượng hạt nhân đang ngày càng trở nên được ưa chuộng. Hiện hầu hết các tàu sân bay mới được sản xuất, các thiết bị thăm dò, thám hiểm dài ngày đều sử dụng năng lượng hạt nhân. Một lượng lớn các khí tài quân sự siêu cấp như tàu ngầm… đều sử dụng nguồn năng lượng này. Chính các động cơ hạt nhân trên các tàu sân bay đã mang lại khả năng chiến đấu và sức mạnh cho hải quân Mỹ và Nga.

Tuy mang lại những lợi ích lớn và không thể phủ nhận nhưng điện hạt nhân cũng khiến nhiều người hết sức lo ngại về tính an toàn của nó. Hàng loạt các nước châu Âu mà gần đây nhất là Đức đã có rất nhiều ý kiến phản đối việc sử dụng rộng rãi điện hạt nhân. Sự phản đối ngày càng nghiêm trọng sau thảm họa hạt nhân kinh hoàng tại Nhật Bản cách đây không lâu. Đức đã quyết định đóng cửa tất cả các nhà máy điện hạt nhân trước năm 2022 còn Ý, loại năng lượng này đã bị cấm sử dụng.

Vậy, bản chất của điện hạt nhân là gì? Các nhà máy hạt nhân hoạt động ra sao? Nó là anh hùng hay kẻ hủy diệt thế giới? Hãy cùng tìm hiểu những điều này thông qua bài viết sau.

Điện hạt nhân được tạo ra như thế nào?

Sơ đồ nguyên lý làm việc của Nhà máy Điện hạt nhân (VVER-1000 - Công nghệ Nga)

Trên hình đưa ra cho chúng ta biết nguyên tắc làm việc của nhà máy điện hạt nhân với 2 vòng tuần hoàn. Năng lượng nhiệt được sinh ra ở vùng hoạt của lò phàn ứng (nơi xảy ra quá trình phân hạch Uranium-235). Nhiệt được cung cấp cho chất tải nhiệt (chất mang nhiệt), được bơm tuần hoàn trong vòng tuần hoàn một. Tiếp đến chất tản nhiệt (khi đó đã mang nhiệt lượng) sẽ đi tới bộ phận trao đổi nhiệt (trong lò hơi). Ở đây sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt từ chất tải nhiệt sẽ được truyền cho nước ở vòng tuần hoàn hai thông qua bộ phận trao đổi nhiệt. Nước ở lò hơi được đung nóng và sôi, hơi nước được tạo thành trong quá trình sôi sẽ được dẫn tới Turbin, hơi nước làm cho Turbin quay, dẫn đến Rotor quay và sinh ra dòng điện.

Hơi nước sau khi đi qua Turbin sẽ tiếp tục đi vào bộ phận ngưng tụ, tại đây hơi nước được làm mát, và bị ngưng tụ tạo thành nước. Nước ngưng tụ được máy bơm bơm ngược lại lò hơi, và tiếp tục một chu kỳ mới. Chất tản nhiệt ở vòng tuần hoàn 1 sau khi vào bộ phận trao đổi nhiệt, mất đi một phần nhiệt lượng, lại được máy bơm bơm ngược lại lò phản ứng và tiếp tục 1 chu kỳ mới.

Về căn bản, như đã nói ở trên, năng lượng hạt nhân được lấy từ việc chia tách hạt nhân nguyên tử trong lò phản ứng hạt nhân dưới sự kiểm soát chặt chẽ của con này. Có 3 phương pháp chính để có thể lấy được loại năng lượng này: phân hạch hạt nhân, tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ. Tuy nhiên, cho đến nay, chỉ có phương pháp phân hạch hạt nhân là được sử dụng một cách rộng rãi trên toàn thế giới.

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 và một số phần thừa (neutron, photon…). Quá trình này tỏa ra một lượng năng lượng đáng kể – đây chính là nguồn năng lượng hạt nhân mà chúng ta đang đề cập đến. Hiện năng phản ứng hạt nhân được sử dụng rộng rãi nhất là chuyển hóa từ đồng vị Uranium 235 lên Uranium 236 rồi phân tách thành Kr 92 và Ba 141. Quá trình này tạo ra một lượng năng lượng vô cùng lớn.

Nói thêm một chút, nhắc đến năng lượng hạt nhân chắc chắn các bạn sẽ nhớ ngay đến vũ khí hạt nhân hay bom nguyên tử. Liên tưởng này là rất có lý khi năng lượng trong hai vấn đề được tạo ra theo một nguyên lý y như nhau.

Trở lại với các lò phản ứng hạt nhân. Thật ra, cách thức hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân không hề phức tạp như các bạn tưởng. Về căn bản, con người sử dụng năng lượng thu được sau các phản ứng hạt nhân, đun nóng nước, tạo ra hơi nước nhằm quay các tuabin và tạo ra điện. Quá trình này về căn bản giống hệt nhiệt điện chạy bằng than đang khá phổ biến ở nước ta, chỉ khác là năng lượng hạt nhân lớn hơn rất nhiều lần.

Hiện có 3 công nghệ xây dựng và sử dụng lò hạt nhân khác nhau được sử dụng trên toàn thế giới. Phần lớn các lò hạt nhân được xây dựng mới hiện nay thuộc thế hệ 3+, các lò đang hoạt động chủ yếu thuộc thế hệ 3 và có rất ít nhà máy điện hạt nhân vẫn còn sử dụng công nghệ thế hệ hai. Các lò phản ứng “đời đầu” đã bị ngừng xây dựng sau thảm họa hạt nhân khủng khiếp ở Chernobyl năm 1986. Mỗi loại lò phản ứng có nguyên liệu, thành phần thiết bị, chất làm lạnh khác nhau nhưng gần như hoạt động ở cùng một cơ chế.

Về căn bản, khi một hạt nhân tương đối lớn (Urani 235 hoặc Plutoni 239) hấp thụ notron sẽ tạo ra sự phân hạch nguyên tử. Quá trình phân hạc tách nguyên tử thành 2 hay nhiều hạt nhỏ hơn và “thải” ra động năng kèm theo tia gamma và notron tự do. Các notron này lại bị hấp thụ bởi các nguyên tử phân hạch khác và tạo ra nhiều notron hơn. Quá trình này diễn ra theo cấp số nhân và tạo nguồn năng lượng khổng lồ. Con người kiểm soát quá trình này bằng các sử dụng các chất hấp thụ notron và bộ điều hòa để khống chế, kiểm soát lượng notron tham gia vào phản ứng phân hạch.

Một phần hết sức quan trọng khác của lò hạt nhận là hệ thống làm mát. Hệ thống này có nhiệm vụ giải phóng nhiệt từ quá trình phân rã hạt nhân để sử dụng cho các mục đích khác nhau (tạo điện, lực đẩy…).

Như đã nói ở trên, với mỗi mục đích người ta sử dụng các loại nguyên liệu và hệ thống khác nhau. Ví dụ, nguyên liệu sử dụng trong tàu hải quân, tàu ngầm… sẽ sử dụng Uranium được làm giàu ở mức độ rất cao sẽ làm tăng mật độ năng lượng và tăng hệ số sử dụng của chúng. Tuy nhiên, nó có giá thành đắt hơn và nguy hiểm hơn các lò phản ứng hạt nhân thông thường.

Vì sao con người tranh cái về việc dùng hay không dùng điện hạt nhân

Những lợi ích và sự “khủng khiếp” của điện hạt nhân là không phải bàn cãi. Quá trình này đem lại cho con người một lượng năng lượng khổng lồ, sạch và quan trọng hơn, gần như vô tận.

Đầu tiên là về yếu tố “khổng lồ”. Một nhà máy điện hạt nhân cỡ lớn như nhà máy điện Fukushima I (vừa bị nổ ở Nhật) có công suất 4,7 GW trong khi thủy điện lớn nhất của Việt Nam chỉ có công suất khoảng 2 GW. Hãy nhớ, Fukushima I chỉ là 1 trong 6 nhà máy điện ở khu vực này của Nhật, diện tích sử dụng của cả 6 nhà máy hạt nhân này vẫn nhỏ hơn thủy điện Hòa Bình của Việt Nam. Hãy nhớ, công trình thủy điện lớn nhất thế giới, đập Tam Điệp của Trung Quốc cũng chỉ có công suất khoảng 18 GW. Hãy nhớ, diện tích của đập này là khoảng 1045 km2, trong khi Fukushima 1 có diện tích chưa đến 1km2.

Hay một ví dụ dễ hiểu hơn, nếu mặt trời của chúng ta hiện nay làm bằng than đá loại tốt nhất, nó sẽ chỉ cháy thêm được khoảng 10 triệu năm trong khi, theo dự đoán của loài người, mặt trời còn tồn tại khoảng hơn 4 tỷ năm nước trước khi tắt hoàn toàn, nguồn năng lượng khổng lồ này đến từ phản ứng hợp hạch hydro thành heli.

Thứ hai là yếu tố môi trường, đây là điều khiến nhiều người tranh cãi trong việc nên hay không nên sử dụng năng lượng hạt nhân. Quá trình sản xuất điện hạt nhân thải ra một lượng chất thải phóng xạ bao gồm: Urani không chuyển hóa được, một số nguyên tử thuộc nhóm Actini (chủ yếu là Plutoni và Curi). Các chất thải này hiện chưa có cách xử lý triệt để và là nguy cơ lớn cho sự an toàn của con người. Nguy cơ ô nhiễm môi trường của các nhà máy điện hạt nhân còn đến từ lượng phóng xạ tỏa ra từ quá trình phân rã hạt nhân, tuy nhiên, con người đã có thể kiểm soát chúng khá tốt.

Ngoài hai yếu tố trên ra, quá trình sản xuất điện hạt nhân hầu như không ảnh hưởng xấu đến môi trường, vì vậy, đây được đánh giá là một loại năng lượng khá sạch, ít nhất là vượt trội so với việc sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch. Theo tính toán, chi phí xử lý chất thải của một nhà máy điện hạt nhân là cực kỳ nhỏ so với một nhà máy nhiệt điện chạy than cùng công suất.

Thứ ba là giá thành. Thực ra, còn rất nhiều tranh cãi về giá thành của điện hạt nhân. Chi phí xây dựng và bắt đầu một nhà máy hạt nhân là tương đối lớn: một lò cỡ trung bình như lò sắp được xây dựng tại Ninh Thuận, Việt Nam là khoảng 2 tỷ USD chưa kể kinh phí đào tạo nhân lực, chuyển giao công nghệ, quy trình… Tuy nhiên, chi phí trên mỗi đơn vị năng lượng giảm dần. Nếu tận dụng hết một vòng đời (khoảng 60 năm) của nhà máy điện nguyên tử, giá thành mỗi kWh điện sẽ thấp hơn cả thủy điện.

Tại sao phản đối?

Thật ra, việc sử dụng năng lượng hạt nhân bị phản đối do sự lo ngại của con người về những thảm họa xảy ra khi các lò phản ứng gặp sự cố. Hai sự cố hạt nhân, 1 xảy ra năm 1979 tại Three Mile Island, 2 là vào năm 1986 tại Chernobyl và vào năm 2011 tại Nhật là ba lời cảnh báo rõ ràng nhất. Tuy tại Nhật, không diễn ra một thảm họa khủng khiếp như Chernobyl, nhưng nó cũng đã làm nhiều quốc gia cân nhắc việc sử dụng loại năng lượng này.

Một lý do nữa các quốc gia như Đức hay Ý nói không với năng lượng hạt nhân là do họ muốn phát triển các loại năng lượng nguồn gốc thiên nhiên như: gió, năng lượng mặt trời…

Lời kết

Thực tế đã chứng minh, năng lượng hạt nhân là một điều thần kỳ thực sự mà con người đã có được. Nó đem lại những lợi ích to lớn về năng lượng đặc biệt cho các quốc gia không có nhiều tài nguyên để sản xuất năng lượng như Nhật chẳng hạn. Nó đem lại sức mạnh, sự vượt trội cho hải quân Mỹ, Nga, giúp con người và kỹ thuật vươn xa hơn nhiều. Năng lượng hạt nhân giúp con người đảm bảo an ninh năng lượng, phát triển bền vững và lâu dài.

Còn bạn, bạn nghĩ sao về năng lượng hạt nhân?

0912.388.923

Điện hạt nhân – Nguồn năng lượng của tương lai hay kẻ hủy diệt?