Năng lượng hạt nhân hay năng lượng nguyên tử 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. Để hiểu rõ về loại năng lượng này, về ưu, nhược điểm hay các phương pháp thu năng lượng hạt nhân hiện nay, các bạn hãy chia sẻ bài viết dưới đâycủa PUD nhé !

Năng lượng hạt nhân là gì?

Năng lượng hạt nhân là năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thu được nhờ các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát.

Công thức tính năng lượng hạt nhân được giải phóng:

(E = mc^{2})

Trong đó:

E là năng lượng (J)

m là khối lượng (g)

c là vận tốc ánh sáng trong chân không (m/s)

Năng lượng được giải phóng là kết quả của sự chênh lệch giữa tổng khối lượng của các phần tử tham gia trước và sau khi phản ứng. Quá trình này là một phản ứng dây chuyền và năng lượng được giải phóng cho đến khi các nguyên tử trở nên ổn định.

Ưu điểm của năng lượng hạt nhân

Tạo ra một số lượng lớn năng lượng

Phản ứng hạt nhân giải phóng nhiều hơn một triệu lần năng lượng so với thủy điện hoặc năng lượng gió. Vì vậy, một lượng điện năng lớn có thể được tạo ra. Hiện nay, có khoảng 10-15% sản lượng điện của thế giới được tạo ra bằng năng lượng hạt nhân. Bạn có biết với một kg uranium-235 có thể sản xuất ra một lượng năng lượng điện tương đương 1.500 tấn than.

Nguồn năng lượng xanh

Ưu điểm lớn nhất của nguồn năng lượng này là không tạo ra các khí thải nhà kính (như carbon dioxide, methane, ozone, chlorofluorocarbon) trong phản ứng hạt nhân. Khí thải nhà kính là một mối đe dọa lớn cho môi trường sống, chúng gây ra sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Phản ứng hạt nhân không tạo ra các khí thải, nên có rất ít ảnh hưởng đến môi trường.

Không làm ô nhiễm không khí

Việc đốt nhiên liệu như than đá tạo ra carbon dioxide và khói. Đó là một mối đe dọa đối với môi trường cũng như đời sống con người. Sản xuất năng lượng hạt nhân không thải ra khói. Vì thế, nó không gây  ô nhiễm không khí trực tiếp. Tuy nhiên, xử lý chất thải phóng xạ là một vấn đề lớn hiện nay.

Nhiên liệu độc lập

Lò phản ứng hạt nhân sử dụng uranium làm nhiên liệu. Phản ứng phân hạch của một lượng nhỏ uranium có thể tạo ra một năng lượng lớn. Hiện nay, nguồn dự trữ uranium được tìm thấy trên Trái đất dự kiến sẽ đáp ứng được nhu cầu trong 100 năm nữa. Sử dụng năng lượng này có thể làm cho nhiều quốc gia có thể độc lập về năng lượng và không phụ thuộc vào việc khai thác những nhiên liệu như than đá. Nếu không có các lỗi của con người hay tai nạn và thiên tai, các lò phản ứng hạt nhân sẽ hoạt động rất hiệu quả trong một thời gian dài. Thêm vào đó, sau khi xây dựng, việc vận hành nhà máy đòi hỏi rất ít lao động.

Nhược điểm của năng lượng hạt nhân

Bức xạ

Sự giải phóng ngẫu nhiên các bức xạ có hại là một trong những hạn chế lớn nhất của năng lượng hạt nhân. Quá trình phân hạch giải phóng bức xạ, nhưng chúng được kiểm soát trong một lò phản ứng hạt nhân. Nếu các biện pháp an toàn không được đảm bảo, các bức xạ có thể tiếp xúc với môi trường sẽ dẫn đến những ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và con người.

Không thể tái tạo

Mặc dù chúng tạo ra một lượng lớn năng lượng, các lò phản ứng hạt nhân vẫn phụ thuộc vào uranium. Đây là một nhiên liệu có thể bị cạn kiệt. Sự cạn kiệt của nó lại có thể gây ra một vấn đề nghiêm trọng. Các lò phản ứng sẽ phải ngừng hoạt động, chúng sẽ vẫn chiếm một diện tích lớn đất đai và làm ô nhiễm môi trường.

Phát triển vũ khí hạt nhân

Năng lượng này có thể được sử dụng cho sản xuất và phổ biến vũ khí hạt nhân. Vũ khí hạt nhân sử dụng phản ứng phân hạch, nhiệt hạch, hoặc kết hợp cả hai phản ứng cho các mục đích phá hủy. Đó là một mối đe dọa lớn đối với thế giới vì chúng có thể gây ra một sự tàn phá quy mô lớn. Tác động của chúng có thể ảnh hưởng tới nhiều thế hệ (ví dụ, vụ đánh bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki, Nhật Bản).

Chi phí xây dựng khổng lồ

Tuy một lượng lớn năng lượng có thể được sản xuất từ một nhà máy điện hạt nhân, nhưng nó đòi hỏi chi phí đầu tư lớn. Cần đến khoảng 10-15 năm để xây dựng xong một nhà máy điện hạt nhên. Việc xây dựng một nhà máy điện hạt nhân có thể không khả thi.

Chất thải hạt nhân

Các chất thải được tạo ra sau phản ứng phân hạch chứa các nguyên tố không ổn định và phóng xạ cao. Nó rất nguy hiểm đối với môi trường cũng như sức khỏe con người và sẽ tồn tại trong một khoảng thời gian dài. Nó cần được xử  lý cẩn thận và phải cách biệt với môi trường sống. Độ phóng xạ của các nguyên tố này sẽ giảm trong một thời gian, sau đó phân hủy. Do đó, người ta phải được tích trữ và xử lý một cách cẩn thận. Việc tích trữ các nguyên tố phóng xạ trong một thời gian dài là rất khó khăn.

Tai nạn nhà máy điện hạt nhân

Cho đến này, đã có hai vụ tai nạn nhà máy điện hạt nhân thảm khốc xảy ra: thảm họa Chernobyl xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl (1986) tại Ukraine, và thảm họa hạt nhân Fukushima Daiichi (2011) tại Nhật Bản. Sau các sự cố, một lượng lớn các bức xạ đã bị phát tán vào môi trường, dẫn đến những thiệt hại về người, thiên nhiên và đất đai. Người ta không thể phủ nhận khả năng lặp lại những thảm họa này trong tương lai.

Vận chuyển nhiên liệu và chất thải

Việc vận chuyển nhiên liệu uranium và các chất thải phóng xạ là rất khó khăn. Uranium phát ra một số bức xạ, do đó, nó cần phải được xử lý cẩn thận. Chất thải của quá trình sản xuất hạt nhân còn nguy hiểm hơn và cần được bảo vệ tốt hơn. Tất cả các phương tiện vận chuyển chúng đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn quốc tế. Mặc dù chưa có tai nạn hoặc sự cố tràn nào được thống kê, nhưng quá trình vận chuyển vẫn còn là thách thức.

Các phương pháp thu năng lượng hạt nhân

Có ba phương pháp thu năng lượng hạt nhân là dựa vào phản ứng tổng hợp, phản ứng phân hạch phân rã (phóng xạ).

Phản ứng tổng hợp hạt nhân: là quá trình tổng hợp hai nguyên tử hạt nhân thành một nguyên tử. Kết quả của sự tổng hợp nguyên tử hạt nhân có thể giải phóng ra một năng lượng khổng lồ dưới dạng nhiệt.

Phương trình phản ứng hạt nhân: (X_{1}+X_{2}->X_{3}+X_{4})

Trong đó:

(X_{1}), (X_{2}) là các hạt tương tác.

(X_{3}), (X_{4}) là các hạt sản phẩm.

Ví dụ:

(H_{1}^{3}textrm{}+H_{1}^{1}textrm{}->He_{1}^{4}textrm{}+n_{0}^{1}textrm{})

– Phản ứng phân rã: hay còn gọi là phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Quá trình phóng xạ cũng  giải phóng ra một nguồn năng lượng lớn.

Phương trình phản ứng hạt nhân: A → B + C

Trong đó:

A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con và C là hạt α hoặc β.

Ví dụ:

(U_{92}^{235}textrm{}x ->U_{82}^{206}textrm{}x+8alpha +6beta ^{-})

– Phản ứng phân hạch: hạt nhân nguyên tử bị các nơtron bắn phá thành những mảnh nhỏ khác với hạt nhân và nơtron ban đầu.

Phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa nhiệt. Tổng khối lượng sản phẩm không bằng tổng khối lượng tác chất ban đầu. Khối lượng bị mất đã chuyển sang dạng nhiệt và bức xạ điện từ, đồng thời nó giải phóng một năng lượng lớn rất hữu ích.

Ví dụ về phản ứng phân hạch Uranium:

(n_{0}^{1}textrm{}+U_{92}^{235}textrm{}->Mo_{42}^{95}textrm{}+La_{57}^{139}textrm{}+2n_{0}^{1}textrm{}+7beta ^{-})

Trên đây PUD đã chia sẻ cho bạn toàn bộ kiến thức liên quan đến năng lượng hạt nhân. Hi vọng bài viết đã giúp ích cho bạn trong quá trình học tập và nghiên cứu. Luôn đồng hành cùng PUD để có cơ hội chia sẻ thêm nhiều thông tin hữu ích khác bạn nhé !