Năng lượng hạt nhân đã được con người sử dụng như thế nào?

Câu hỏi: Năng lượng hạt nhân đã được con người sử dụng như thế nào?

Lời giải:

- Đến năm 2005, năng lượng hạt nhân cung cấp 2,1% nhu cầu năng lượng của thế giới và chiếm khoảng 15% sản lượng điện thế giới, trong khi đó chỉ tính riêng Hoa Kỳ, Pháp, và Nhật Bản sản lượng điện từ hạt nhân chiếm 56,5% tổng nhu cầu điện của ba nước này. Đến năm 2007, theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) có 439 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động trên thế giới, thuộc 31 quốc gia.

- Năm 2007, sản lượng điện hạt nhân trên thế giới giảm xuống còn 14%. Theo IAEA, nguyên nhân chính của sự sụt giảm này là do một trận động đất xảy ra vào ngày 16 tháng 7 năm 2007 ở phía tây Nhật Bản, làm cho nước này ngưng tất cả 7 lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa. Một vài nguyên nhân khác như "ngưng hoạt động bất thường" do thiếu nhiên liệu đã xảy ra ở Hàn Quốc và Đức. Thêm vào đó là sự gia tăng hệ số tải của các lò phản ứng để đáp ứng nhu cầu sử dụng chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn (cao điểm).

- Hoa Kỳ sản xuất nhiều năng lượng hạt nhân nhất cung cấp 19% lượng điện tiêu thụ, trong khi đó tỷ lệ điện hạt nhân của Pháp là cao nhất trong sản lượng điện của nước này đạt 78% vào năm 2006. Trong toàn Liên minh châu Âu, năng lượng hạt nhân cung cấp 30% nhu cầu điện. Chính sách năng lượng hạt nhân có sự khác biệt giữa các quốc gia thuộc Liên minh châu Âu, và một vài quốc gia khác như Úc, Estonia, và Ireland, không có các trạm năng lượng hạt nhân hoạt động. Khi so sánh với các quốc gia khác thì Pháp có nhiều nhà máy điện hạt nhân, tổng cộng là 16 tổ hợp đang sử dụng.

- Ở Hoa Kỳ, doanh thu của ngành điện hạt nhân là 33 tỷ đô la Mỹ, tăng trưởng trung bình giai đoạn 2007-2012 là 2,7%/năm.

- Bên cạnh đó, một số tàu quân sự và dân dụng (như tàu phá băng) sử dụng động cơ đẩy hạt nhân biển, một dạng của động cơ đẩy hạt nhân. Một vài động cơ đẩy không gian được phóng lên sử dụng các lò phản ứng hạt nhân có đầy đủ chức năng: loạt tên lửa của Liên Xô RORSAT và SNAP-10A của Hoa Kỳ.

- Trên phạm vi toàn cầu, việc hợp tác nghiên cứu quốc tế đang tiếp tục triển khai để nâng cao độ an toàn của việc sản xuất và sử dụng năng lượng hạt nhân như các nhà máy an toàn bị động, sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân, và sử dụng nhiệt của quá trình như trong sản xuất hydro để lọc nước biển, và trong hệ thống sưởi khu vực.

* Tìm hiểu năng lượng hạt nhân

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. Có ba loại phản ứng hạt nhân: phản ứng phân hạch, phản ứng tổng hợp và phân rã phóng xạ. Trong đó phản ứng phân hạch được ứng dụng chủ yếu vì tính hiệu quả của nó. 

Cũng giống như một số trạm năng lượng nhiệt phát điện bằng nhiệt năng. Từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, phản ứng phân hạch biến đối năng lượng. Giải phóng hạt nhân nguyên tử thông qua phản ứng này. Khi một hạt nhân nguyên tử dùng để phân hạch tương đối lớn hấp thụ nơtron sẽ tạo ra sự phân hạch nguyên tử. Quá trình phân hạch tách nguyên tử thành 2 hay nhiều hạt nhân nhỏ hơn kèm theo động năng. Giải phóng tia phóng xạ gamma và nơtron tự do. Một phần nơtron tự do này được hấp thụ bởi các nguyên tử phân hạch khác. Chúng tiếp tục tạo ra nhiều nơtron hơn. Đây là phản ứng tạo ra nơtron theo cấp số nhân.

Chúng được tạo ra khi các nguyên tử bị tách ra trong quá trình phân hạch hạt nhân để giải phóng năng lượng. Nhiên liệu phổ biến nhất được dùng để phân hạch hạt nhân trong các nhà máy điện hạt nhân là uranium. Tuy nhiên, chỉ một loại uranium nhất định (U-235) là phù hợp và trong một số nhà máy, plutonium được sử dụng để thay thế.

Phân hạch hạt nhân diễn ra khi một neutron va chạm với một nguyên tử nhiên liệu. Như vậy làm cho nguyên tử tách ra, giải phóng nhiệt và năng lượng bức xạ, nhiều nơtron hơn sẽ tiếp tục va chạm với nhiều nguyên tử nhiên liệu hơn, do đó chu kỳ tiếp tục. Chu kỳ được gọi là một chuỗi phản ứng hạt nhân. Một phản ứng dây chuyền hạt nhân có thể được kiểm soát trong các lò phản ứng của nhà máy hạt nhân để tạo ra nhiệt, từ đó làm nóng chất làm mát để tạo ra hơi nước. Hơi nước làm quay tua-bin hoặc bánh xe dẫn động máy phát điện để tạo ra điện.

* Sử dụng năng lượng hạt nhân trong cuộc sống con người

Việc sử dụng năng lượng hạt nhân được biết đến rộng rãi nhất chỉ đơn giản là sản xuất điện để cung cấp năng lượng cho cả các tòa nhà và ngành công nghiệp trong nước, chẳng hạn như trường học, bệnh viện, gia đình và doanh nghiệp. Tuy nhiên, cũng có những ứng dụng quan trọng khác của năng lượng hạt nhân.

Trong lĩnh vực công nghiệp, sử dụng các nguồn phóng xạ và các thiết bị hạt nhân để xây dựng các hệ đo và tự động hóa trong các dây chuyền sản xuất của các nhà máy như đo mức của các bể đựng phối liệu của các nhà máy xi măng và nhà máy giấy; xác định mức trong các hộp bia và nước giải khát; xác định độ ẩm và mật độ giấy trong các nhà máy giấy; các hệ đo phóng xạ trong các giếng khoan của công nghiệp dầu khí... Ưu điểm của phương pháp hạt nhân là không làm ảnh hưởng đến quá trình làm việc của các hệ công nghệ, cho phép đo trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao và với các dung dịch hóa chất độc hại. Kỹ thuật đồng vị xạ đánh dấu cũng được sử dụng phổ biến, chẳng hạn, việc tối ưu hóa quy trình và thời gian pha trộn phế liệu trong các dây chuyền của các nhà máy. Trong lĩnh vực khai thác dầu khí, kỹ thuật đánh dấu phóng xạ được sử dụng để xác định mặt cắt nước bơm ép trong các giếng bơm ép, hiện tượng ngập lụt trong các giếng khai thác của mỏ dầu Bạch Hổ.

Ở lĩnh vực nông nghiệp, chọn tạo giống bằng phương pháp chiếu xạ gamma dùng nguồn phóng xạ gây đột biến được ứng dụng sản xuất nhiều loại giống cây trồng cho năng suất cao. Công nghệ bức xạ gây đột biến để tạo chế phẩm phân giải rơm rạ và chiếu xạ trong sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột cũng là thành tựu nổi bật.

>>> Tham khảo: Nêu một số ứng dụng của vật liệu Nano