Nguyên lý hoạt động của Nhà máy điện nguyên tử (hạt nhân)

Nguyên lý hoạt động của Nhà máy điện nguyên tử (hạt nhân)

Với tốc độ phát triển công nghiệp hiện nay thì nguồn dự trữ các chất đốt đã tìm thấy trên trái đất sẽ hết trong một tương lai không xa. Mặt khác các chất đốt đặc biệt là dầu lửa, hiện nay dùng rất nhiều để làm nguyên liệu trong công nghiệp hoá học. Vì vậy từ nửa đầu thế kỷ XX, một số nước tiên tiến trên thế giới đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng một nguồn năng lượng mới là năng lượng nguyên tử. Năm 1954, Liên Xô là nước đầu tiên trên thế giới đã xây dựng thí nghiệm thành công nhà máy điện nguyên tử có công suất 5000 kW. Hiện nay các nước phát triển trên thế giới như: Nga, Pháp, Anh, Đức, Thuỵ Điển, Nhật Bản… đã xây dựng những nhà máy điện nguyên tử lớn.

Năng lượng nguyên tử (nhà máy điện hạt nhân) được sử dụng qua nhiệt năng thu được khi phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử của một số chất ở trong lò phản ứng hạt nhân. Vì vậy đối với nhà máy điện nguyên tử, quá trình biến đổi năng lượng cũng được thực hiện như ở nhà máy nhiệt điện:

Nhiệt năng → Cơ năng → Điện năng

Thực chất nhà máy điện nguyên tử là một nhà máy nhiệt điện, nhưng lò hơi được thay bằng lò phản ứng hạt nhân.

Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất điện ở nhà máy điện nguyên tử được mô tả ở (hình 1-3).

Để tránh ảnh hưởng có hại của các tia phóng xạ tới công nhân làm việc ở gian máy, nhà máy điện nguyên tử có hai đường nước chảy tuần hoàn theo hai đường vòng khép kín. Đường vòng thứ nhất gồm lò phản ứng hạt nhân 1 và các ống 5 đặt trong bộ trao đổi nhiệt 4. Nhờ bơm 6 nên nước có áp suất 100 at sẽ tuần hoàn chạy qua các ống của lò phản ứng và được đốt nóng lên tới 2700C. Nó đem nhiệt năng từ lò chuyển qua các ống 5 của bộ phận trao đổi nhiệt. Bộ lọc 7 dùng để lọc các hạt rắn có trong nước trước khi đi vào lò.

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất điện trong các nhà máy điện hạt nhân
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất điện trong các nhà máy điện hạt nhân

Đường vòng thứ hai gồm bộ trao đổi nhiệt 4, tuốc bin 8 và bình ngưng 9. Nước lạnh qua bộ trao đổi nhiệt 4 sẽ hấp thụ nhiệt và biến thành hơi có áp suất 12,5at, nhiệt độ 2600C. Hơi này sẽ qua tuabin làm quay tuabin và máy phát 10, sau đó tới ngưng đọng lại thành nước ở bình ngưng 9 và được bơm 11 đưa trở lại bộ trao đổi nhiệt.

Quá trình phản ứng dây truyền xẩy ra trong lò phản ứng hạt nhân như sau: Dùng các hạt nơtrơn bắn phá hạt nhân nguyên tử U230 có trong các thanh Uran dùng làm chất đốt của lò. Hạt nhân nguyên tử U230 sẽ bị tách làm đôi và toả ra một lượng nhiệt năng, đồng thời sinh ra các hạt nơtrơn mới và các tia g và b. Những hạt nơtrơn mới này lại tới bắn phá các hạt nhân nguyên tử U230 khác, quá trình cứ như vậy xẩy ra có tính chất dây truyền. Khi bắn phá hạt nhân nguyên tử U230 đa số các hạt nơtrơn có vận tốc lớn kết hợp với U230 có trong Uran tạo thành PU230, chỉ có một số rất ít hạt nơtrơn là tới bắn phá các các hạt nhân nguyên tử U230. Vì vậy người ta tìm cách giảm vận tốc của các hạt nơtrơn để giảm khả năng kết hợp của chúng với U230, do đó sẽ tăng khả năng các hạt nơtrơn tới bắn phá hạt nhân nguyên tử U230. Muốn vậy giữa các thanh Uran người ta chèn một số chất làm chậm nơtrơn như chì, nước áp suất cao 100at gọi là các chất làm chậm. Các hạt nơtrơn va đập vào các nguyên tử của chất làm chậm sẽ mất một phần động năng và giảm tốc.

Hiệu suất của nhà máy điện nguyên tử hiện nay khoảng (25÷30)%. Như vậy muốn nhận được công suất điện là 50MW thì lò phản ứng hạt nhân cần có công suất khoảng 200MW.

Hình 3: Hệ thống nhà máy điện nguyên tử
Hình 2: Hệ thống nhà máy điện nguyên tử

Nhà máy điện nguyên tử tuy có vốn đầu tư ban đầu cao (cao hơn nhiệt điện và thuỷ điện) nhưng có thể xây dựng gần trung tâm phụ tải, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao. Ngày nay do trữ lượng than đá và thuỷ năng cạn dần, nên nền công nghiệp năng lượng của nhiều nước đang chú ý tới phát triển nhà máy điện nguyên tử.

Xem thêm:

Share this post

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *