NPP: nguyên lý hoạt động và thiết bị. Lịch sử hình thành nhà máy điện hạt nhân

2024 Tác giả: Henry Conors | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-12 14:39

Vào giữa thế kỷ XX, những bộ óc giỏi nhất của nhân loại đã làm việc cật lực trong hai nhiệm vụ cùng một lúc: chế tạo bom nguyên tử và cả cách sử dụng năng lượng của nguyên tử cho mục đích hòa bình. Đây là cách các nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới xuất hiện. Nguyên tắc hoạt động của nhà máy điện hạt nhân là gì? Và những nhà máy điện này nằm ở đâu trên thế giới?

Lịch sử và đặc điểm của điện hạt nhân

"Năng lượng là đầu của mọi thứ" - đây là cách bạn có thể diễn giải một câu tục ngữ nổi tiếng, dựa trên thực tế khách quan của thế kỷ 21. Với mỗi vòng tiến bộ công nghệ mới, nhân loại cần số lượng ngày càng tăng. Ngày nay, năng lượng của "nguyên tử hòa bình" được sử dụng tích cực trong nền kinh tế và sản xuất, và không chỉ trong lĩnh vực năng lượng.

Điện được tạo ra bởi cái gọi là nhà máy điện hạt nhân (hoạt động theo nguyên tắc rất đơn giản) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, thám hiểm không gian, y học và nông nghiệp.

Năng lượng hạt nhân là một nhánh của ngành công nghiệp nặng lấy nhiệt và điện từ động năng của nguyên tử.

Chúng xuất hiện khi nàocác nhà máy điện hạt nhân đầu tiên? Các nhà khoa học Liên Xô đã nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các nhà máy điện như vậy từ những năm 40. Nhân tiện, song song đó họ cũng phát minh ra quả bom nguyên tử đầu tiên. Vì vậy, nguyên tử vừa "hòa bình" vừa là chết chóc.

Năm 1948, I. V. Kurchatov đề nghị chính phủ Liên Xô bắt đầu thực hiện công việc trực tiếp về khai thác năng lượng nguyên tử. Hai năm sau, ở Liên Xô (ở thành phố Obninsk, vùng Kaluga), việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên hành tinh đã bắt đầu.

Nguyên lý hoạt động của tất cả các nhà máy điện hạt nhân là tương tự nhau, và không có gì khó hiểu cả. Điều này sẽ được thảo luận thêm.

NPP: nguyên lý hoạt động (ảnh và mô tả)

Công việc của bất kỳ nhà máy điện hạt nhân nào đều dựa trên một phản ứng mạnh xảy ra trong quá trình phân hạch của hạt nhân nguyên tử. Nguyên tử uranium-235 hoặc plutonium thường tham gia vào quá trình này nhất. Hạt nhân của các nguyên tử phân chia neutron đi vào chúng từ bên ngoài. Trong trường hợp này, các neutron mới được tạo ra, cũng như các mảnh phân hạch, có động năng rất lớn. Chỉ năng lượng này là sản phẩm chính và chủ chốt của bất kỳ nhà máy điện hạt nhân nào

Đây là cách bạn có thể mô tả nguyên lý hoạt động của lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân. Trong bức ảnh tiếp theo, bạn có thể thấy nó trông như thế nào từ bên trong.

Có ba loại lò phản ứng hạt nhân chính:

• lò phản ứng kênh công suất cao (viết tắt là RBMK);
• lò phản ứng nước áp lực (VVER);
• lò phản ứng neutron nhanh (FN).

Riêng biệt, cần mô tả nguyên tắc hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân nói chung. Làm thế nào nó hoạt động sẽ được thảo luận.trong bài viết tiếp theo.

Nguyên lý hoạt động của NPP (sơ đồ)

Nhà máy điện hạt nhân hoạt động trong những điều kiện nhất định và ở những chế độ xác định nghiêm ngặt. Ngoài một lò phản ứng hạt nhân (một hoặc nhiều), cấu trúc của nhà máy điện hạt nhân bao gồm các hệ thống khác, cơ sở vật chất đặc biệt và nhân viên có trình độ cao. Nguyên tắc hoạt động của nhà máy điện hạt nhân là gì? Nó có thể được mô tả ngắn gọn như sau.

Phần tử chính của bất kỳ nhà máy điện hạt nhân nào là một lò phản ứng hạt nhân, trong đó tất cả các quá trình chính diễn ra. Chúng tôi đã viết về những gì xảy ra trong lò phản ứng trong phần trước. Nhiên liệu hạt nhân (thường là uranium) ở dạng viên nhỏ màu đen được đưa vào cái vạc khổng lồ này.

Năng lượng giải phóng trong các phản ứng diễn ra trong lò phản ứng hạt nhân được chuyển thành nhiệt và chuyển sang chất làm mát (thường là nước). Cần lưu ý rằng trong quá trình này, chất làm mát cũng nhận được một lượng bức xạ nhất định.

Hơn nữa, nhiệt từ chất làm mát được truyền sang nước thông thường (thông qua các thiết bị đặc biệt - bộ trao đổi nhiệt), kết quả là nước sôi. Hơi nước tạo thành dẫn động tuabin. Máy phát điện được kết nối với máy phát điện sau, tạo ra năng lượng điện.

Như vậy, theo nguyên lý hoạt động của nhà máy điện nguyên tử thì đây chính là nhà máy nhiệt điện. Sự khác biệt duy nhất là cách tạo ra hơi nước.

Địa lý của điện hạt nhân

Năm quốc gia đứng đầu về sản xuất năng lượng hạt nhân như sau:

1. Mỹ.
2. Pháp.
3. Nhật Bản.
4. Nga.
5. Hàn Quốc.

Đồng thời, Hợp chủng quốc Hoa Kỳ, tạo ra khoảng 864 tỷ kWh mỗi năm, sản xuất tới 20% điện năng trên thế giới.

Tổng cộng có 31 bang trên thế giới vận hành các nhà máy điện hạt nhân. Trong số tất cả các lục địa trên hành tinh, chỉ có hai (Nam Cực và Úc) là hoàn toàn không sử dụng năng lượng hạt nhân.

Ngày nay, có 388 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động trên thế giới. Đúng như vậy, 45 trong số đó đã không tạo ra điện trong một năm rưỡi. Hầu hết các lò phản ứng hạt nhân được đặt ở Nhật Bản và Hoa Kỳ. Địa lý đầy đủ của họ được trình bày trên bản đồ sau đây. Các quốc gia có lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động được đánh dấu màu xanh lá cây, tổng số của chúng ở một trạng thái cụ thể cũng được biểu thị.

Phát triển điện hạt nhân ở các quốc gia khác nhau

Nhìn chung, tính đến năm 2014, đã có sự suy giảm chung trong phát triển điện hạt nhân. Các nước đi đầu trong việc xây dựng các lò phản ứng hạt nhân mới là ba nước: Nga, Ấn Độ và Trung Quốc. Ngoài ra, một số bang không có nhà máy điện hạt nhân cũng đang có kế hoạch xây dựng chúng trong tương lai gần. Những quốc gia này bao gồm Kazakhstan, Mông Cổ, Indonesia, Ả Rập Xê-út và một số quốc gia Bắc Phi.

Mặt khác, một số bang đã bắt tay vào việc giảm dần số lượng nhà máy điện hạt nhân. Chúng bao gồm Đức, Bỉ và Thụy Sĩ. Và ở một số quốc gia (Ý, Áo, Đan Mạch, Uruguay) điện hạt nhân bị cấm ở cấp lập pháp.

Những vấn đề chính của điện hạt nhân

Có một vấn đề môi trường quan trọng liên quan đến sự phát triển của năng lượng hạt nhân. Đây là cái gọi là ô nhiễm nhiệt của môi trường. Như vậy, theo nhiều chuyên gia, nhà máy điện hạt nhân tỏa nhiệt nhiều hơn nhà máy nhiệt điện cùng công suất. Đặc biệt nguy hiểm là ô nhiễm nhiệt nước, làm phá vỡ điều kiện sống tự nhiên của các sinh vật sinh học và dẫn đến cái chết của nhiều loài cá.

Một vấn đề nhức nhối khác liên quan đến điện hạt nhân liên quan đến an toàn hạt nhân nói chung. Lần đầu tiên nhân loại suy nghĩ nghiêm túc về vấn đề này sau thảm họa Chernobyl năm 1986. Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân Chernobyl không khác nhiều so với các nhà máy điện hạt nhân khác. Tuy nhiên, điều này đã không cứu được cô ấy khỏi một tai nạn lớn và nghiêm trọng, kéo theo hậu quả vô cùng nghiêm trọng cho toàn bộ Đông Âu.

Hơn nữa, sự nguy hiểm của năng lượng hạt nhân không chỉ giới hạn ở những tai nạn do con người gây ra. Vì vậy, các vấn đề lớn nảy sinh với việc xử lý chất thải hạt nhân.

Ưu điểm của điện hạt nhân

Tuy nhiên, những người ủng hộ sự phát triển của năng lượng hạt nhân cũng nêu ra những lợi thế rõ ràng của các nhà máy điện hạt nhân. Như vậy, cụ thể là Hiệp hội Hạt nhân Thế giới mới đây đã công bố báo cáo của mình với những số liệu rất thú vị. Theo ông, số thương vong về người do sản xuất một gigawatt điện tại các nhà máy điện hạt nhân ít hơn 43 lần so với các nhà máy nhiệt điện truyền thống.

Có những lợi ích khác không kém phần quan trọng. Cụ thể:

• phát điện rẻ;
• sự trong sạch về môi trường của năng lượng hạt nhân (ngoại trừ ô nhiễm nhiệt nước);
• thiếu tham chiếu địa lý nghiêm ngặt của các nhà máy điện hạt nhân đối với các nguồn nhiên liệu lớn.

Thay cho lời kết

Năm 1950, nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới được xây dựng. Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân là sự phân hạch của nguyên tử với sự hỗ trợ của nơtron. Quá trình này giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ.

Có vẻ như năng lượng hạt nhân là một lợi ích đặc biệt cho nhân loại. Tuy nhiên, lịch sử đã chứng minh điều ngược lại. Đặc biệt, hai thảm kịch lớn - tai nạn nhà máy điện hạt nhân Chernobyl của Liên Xô năm 1986 và tai nạn nhà máy điện Nhật Bản Fukushima-1 năm 2011 - đã chứng tỏ mối nguy hiểm do nguyên tử "hòa bình" gây ra. Và nhiều quốc gia trên thế giới ngày nay đã bắt đầu nghĩ về việc loại bỏ một phần hoặc thậm chí hoàn toàn năng lượng hạt nhân.