1. Nhà máy điện hạt nhân là gì?

Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân là một nhà máy tạo ra điện năng ở quy mô công nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhân tức là chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện năng.

Trong lò phản ứng nguyên tử phân hủy hạt nhân với nguyên liệu ban đầu là đồng vị uran 235 và sản phẩm thu được sau phản ứng thường là các neutron và năng lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt lượng này, theo hệ thống làm mát khép kín (để tránh tia phóng xà rò rỉ ra ngoài) qua các máy trao đổi nhiệt, đun sôi nước, tạo ra hơi nước ở áp suất cao làm quay các turbien hơi nước, và do đó quay máy phát điện, sinh ra điện năng



2. Năng lượng nguyên tử sinh ra như thế nào?

Năng lượng nguyên tử là năng lượng sinh ra khi có sự phân hạch hạt nhân hoặc tổng hợp hạt nhân
Dưới tác dụng của nơtron, hạt nhân U -235 bị phân ra hai mảnh và hai mảnh này bay phân tán với tốc độ cao. Khi đó giải phóng một năng lượng cực lớn khoảng 200 MeV (200 triệu điện tử-vôn), đồng thời giải phóng 2-3 nơtron mới, năng lượng này gọi là năng lượng nguyên tử.

Chính các nơtron mới được giải phóng ra, mỗi nơtron này sẽ tạo ra sự phân hạch hạt nhân tiếp theo. Và rồi lại có thêm 2 đến 3 nơtron mới được giải phóng. Sự phân hạch hạt nhân một cách liên tục như vậy được gọi là phản ứng dây chuyền cần thiết để duy trì hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân

3. Tại sao phải sử dụng năng lượng hạt nhân

Ngày nay năng lượng hóa thạch càng ngày càng cạn kiệt dần do đó cần phải có một nguồn năng lượng mới để thay thế nó. Dạng năng lượng thay thế cho nhiên liệu hoá thạch là năng lượng mặt trời và năng lượng từ sức gió. Các dạng năng lượng mới này cần phải phát triển, khai thác để sử dụng. Tuy nhiên do giá thành cao và cần một diện tích lớn nên các dạng năng lượng này chỉ cung cấp được 10% trong tổng số năng lượng cần thiết.Chính vì vậy, năng lượng mà nhân loại có thể sử dụng lâu dài trong thời gian tới phải dựa vào năng lượng nguyên tử. Mặc khác năng lượng nguyên tử có một số ưu điểm so với các nguồn năng lượng khác là:

Đặc trưng thứ nhất của năng lượng nguyên tử là nguồn năng lượng sạch, không phát thải CO2, SOx, NOx gây ô nhiễm không khí .

Hơn nữa, vì Uranium có thể phát điện chỉ với một lượng rất nhỏ so với dầu nên có ưu điểm là dễ vận chuyển và bảo quản. Ví dụ, để vận hành nhà máy điện công suất 1000 MW trong vòng một năm thì phải cần tới hơn một triệu tấn dầu, trong khi đó đối với nhiên liệu Uranium thì chỉ cần vài chục tấn.

Trong các nhà máy điện nguyên tử, khi nạp nhiên liệu vào lò phản ứng là có thể liên tục phát điện trong vòng 1 năm mà không cần phải thay thế nhiên liệu.

Lượng chất thải phóng xạ phát sinh trong nhà máy điện nguyên tử rất ít so với lượng chất thải công nghiệp thông thường, do vậy có thể quản lý được một cách chặt chẽ, cất giữ và bảo quản an toàn.

Chi phí xây dựng cho nhà máy điện nguyên tử so với nhà máy nhiệt điện tương đối cao
Nhà máy điện nguyên tử được lựa chọn phương án thiết kế an toàn tối ưu. Nó được thiết kế để sao cho dù có phát sinh tai nạn thế nào chăng nữa cũng không gây thiệt hại, tổn thất cho tất cả cư dân sống xung quanh. Có thể nói rằng một nửa nhà máy điện nguyên tử là các thiết bị an toàn. Do đó, chi phí cao cho các thiết bị đó là đương nhiên. Hơn nữa, trong quá trình xây dựng, người ta tiến hành kiểm tra gắt gao ở từng công đoạn để đảm bảo an toàn nên thời gian xây dựng cũng khá dài

4. Cấu tạo của nhà máy điện hạt nhân
Nhà máy nhiệt điện bao gồm 4 phần chính

1. Trung tâm lò phản ứng hạt nhân (reactor core), nơi xảy ra phản ứng phân hạch
2. Máy phát điện chạy bằng hơi nước, nơi nhiệt sinh ra từ phân hạch hạt nhân được dùng để tạo hơi.
3. Turbine, dùng hơi nước làm quay nó để chạy máy phát điện
4. Bộ phận ngưng tụ (condenser), làm lạnh hơi nước, chuyển nó trở lại thành pha lỏng .

5. Lò phản ứng
5.1 cấu tạo và chức năng của từng bộ phận
1- Lớp vỏ bảo vệ sinh học
2- Ống dẫn chất truyền nhiệt vào
3- Vỏ lò phản ứng hạt nhân
4- Ống dẫn chất truyền nhiệt ra
5 – Nắp lò phản ứng
6.7.8.9 – Hệ thống điều khiển phản ứng dây truyền .
10 – Gá đỡ trên.
11 – Vùng phản ứng (hoạt động)
12 – Thanh nhiên liệu
13 – Bộ phận làm mát lớp vỏ bảo vệ sinh học
14 – Gá đỡ dưới

5.2 Chức năng của từng bộ phận

Vùng hoạt động là bộ phận quan trọng nhất của lò hạt nhân vì ở đó xảy ra phản ứng dây chuyền, nó truyền một lượng nhiệt lớn cho chất truyền nhiệt mang ra ngoài
Hệ thống điều khiển bảo vệ dùng để điều khiển phản ứng dây chuyền. Hệ thống này được làm từ các vật liệu có khả năng hấp thụ các hạt notron cao (Bo, Cd).Thanh điều khiển có thể di chuyển lên cao hoặc xuống thấp gần các thanh nhiên liệu nhờ các nam châm điện (trong trường hợp khẩn cấp, người ta ngắt điện và các chất hấp thụ nơtron rơi vào tâm lò, làm ngừng phản ứng hạt nhân).

Lớp vỏ bảo vệ sinh học:có nhiệm vụ làm giảm cường độ các tia phóng xạ đến mức độ cho phép .

Thanh nhiên liệu :Nguyên liệu thường được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân là Uran-235, Uran-233, hoặc Plutoni-239. Phản ứng dây truyền được xẩy ra dưới tác động ban đầu của các notron. Thanh nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân được làm thành dạng viên Uranium oxide hình trụ, hình cầu, tấm… Chúng được xếp vào các hộp zircalloy 4 (hợp kim của zirconium, rất bền, chịu được nhiệt độ cao và không hấp thụ nơtron). Phổ biến nhất là dạng hình trụ, tập hợp thành bó vuông gồm khoảng 200 thanh. Người ta còn chừa một số vị trí trong đó để đặt các thanh điều khiển.

Chất làm chậm với chức năng làm giảm tốc độ của các nơtron sinh ra từ phản ứng phân hạch để dễ dàng tạo ra sự phân hạch tiếp theo. Thông thường sử dụng nước làm chất làm chậm.

Chất phản xạ: Có nhiệm vụ làm tăng số lượng các hạt notron trong vùng phản ứng, không cho các hạt notron bắn ra ngoài, và làm các hạt notron phân bố đều trong vùng phản ứng (hoạt động). Có thể kết hợp chất làm chậm và chất phản xạ (nước, graphite) hoặc có thể dùng Uran tự nhiên .

Chất truyền nhiệt: Truyền nhiệt năng từ vùng phản ứng ra ngoài. Chất truyền nhiệt có thể chạy trong các ống áp lực, hoặc trực tiếp chạy qua vùng phản ứng. Chất truyền nhiệt thông thường được sử dụng là nước.

5.3 Nguyên lý hoạt động

Thông thường để đảm bảo an toàn, trong nhà máy điện hạt nhân sử dụng 2 đến 3 vòng truyền nhiệt để truyền nhiệt năng từ tâm lò phản ứng đến bộ phận tạo hơi .
Vòng truyền nhiệt sơ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng phản ứng, nhận năng lượng sinh ra từ phản ứng dây truyền. Chất tải nhiệt vòng sơ cấp, được giữ ở trạng thái lỏng dưới áp suất cao, mang nhiệt từ lò hạt nhân tới thiết bị sinh hơi, tại đây diễn ra trao đổi nhiệt với vòng thứ cấp
Vòng truyền nhiệt thứ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng trao đổi nhiệt với vòng truyền nhiệt thứ nhất, nhận nhiệt năng đem đến bộ phận tạo hơi nước làm quay turbin .

6. Tính an toàn trong nhà máy điện:
Ở nhà máy điện nguyên tử, để có thể phát hiện và kiểm tra được những bất thường như trường hợp phát sinh rò rỉ từ hệ thống ống dẫn ngay khi mới phát sinh và ở mức độ nhỏ, người ta lắp đặt các loại thiết bị kiểm tra giám sát tự động và khi cần thiết sẽ áp dụng những biện pháp thích hợp như ngừng lò phản ứng .

Khi phát hiện thấy có bất thường như áp lực trong lò phản ứng đột ngột tăng cao cần áp dụng biện pháp khẩn cấp, người ta lắp đặt các thiết bị phát hiện và thiết bị ngừng lò khẩn cấp để có thể cùng một lúc cho các thanh điều khiển vào lò phản ứng và ngừng tự động lò phản ứng. Các thiết bị quan trọng đó có đầy đủ độ tin cậy, nhiều tầng và độc lập. Công phu tới mức lắp đặt cả thiết bị mà trong trường hợp thanh điều khiển không hoạt động thì ngay lập tức một lượng lớn dung dịch axít boric có khả năng hấp thụ nơtron sẽ được rót vào để ngừng lò phản ứng

7. Điểm khác nhau giữa nhà máy điện hạt nhân và nhà máy nhiệt điện là gì?
Nguyên tắc làm việc của nhà máy điện hạt nhân không khác nhiều so với nguyên tắc làm việc của  nhà máy nhiệt điện nếu tính từ việc làm sôi nước, chuyển thành hơi nước và dùng hơi nước làm quay turbine. Điểm khác nhau là ở chỗ: nhiên liệu làm sôi nước trong nhà máy nhiệt điện là nhiên liệu hoá thạch còn trong nhà điện nguyên tử thì nhiên liệu sử dụng là Uranium và nước được đun sôi bên trong lò phản ứng.
Năng lượng nguyên tử là năng lượng phát sinh do phản ứng phân hạc6h nên không cần oxy, chính vì thế mà hoàn toàn không thải ra các chất gây ô nhiễm môi trường như các loại khí CO2, NOx, Sox so với nhà máy nhiệt điện thì phải đòi hỏi cao về môi trường
Năng lượng nguyên tử là nguồn năng lượng rất lớn nên chỉ với một lượng nhỏ nhiên liệu mà vẫn thu được năng lượng lớn.