Công dụng chính của năng lượng hạt nhân hiện nay là sản xuất điện. Loại điện năng này được sản xuất trong các nhà máy điện hạt nhân. Hãy tìm hiểu nguyên lý làm việc của chúng trong bài viết dưới đây.
Nhà máy điện hạt nhân hoạt động gần tương tự như nhà máy nhiệt điện
Nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân cũng giống như hoạt động của các nhà máy nhiệt điện. Nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch (than, dầu hoặc khí đốt…) để tạo ra điện. Còn nhà máy điện hạt nhân sử dụng nhiệt lượng từ các phản ứng phân hạch hạt nhân để điều khiển các tuabin quay, từ đó tạo ra điện năng.
Phản ứng phân hạch hạt nhân
Trong các lò phản ứng hạt nhân, quá trình tạo nhiệt này được thực hiện bởi các phản ứng phân hạch của các nhiên liệu hạt nhân, mà phổ biến nhất là Urani.
Các loại lò phản ứng điện hạt nhân
90% lò phản ứng điện hạt nhân trên thế giới hiện nay thuộc loại lò phản ứng nước nhẹ. Có 3 dạng lò phản ứng nước nhẹ. Bao gồm lò phản ứng nước áp lực, lò phản ứng nước sôi và (hầu hết thiết kế của) lò phản ứng nước siêu tới hạn.
Lò phản ứng nước nhẹ là một kiểu lò phản ứng hạt nhân nơ-tron nhiệt sử dụng nước thường làm chất làm lạnh và điều hòa nơ-tron. Các lò phản ứng nơ-tron nhiệt là loại lò phản ứng hạt nhân phổ biến nhất. Và các lò phản ứng nước nhẹ là phổ biến nhất trong các lò phản ứng nơ-tron nhiệt. Những nội dung tiếp theo cũng sẽ tập trung mô tả hoạt động của nhà máy điện hạt nhân nước nhẹ.
Hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân nước nhẹ
Chu trình hoạt động cơ bản của nhà máy điện hạt nhân với lò phản ứng nước áp lực có thể được đơn giản hóa trong 4 bước sau:
- Hấp thu nhiệt lượng từ phản ứng phân hạch của các nhiên liệu hạt nhân.
- Tạo ra hơi nước trong bộ tạo nhiệt bằng nhiệt lượng thu được trước đó.
- Làm quay bộ tua bin bằng cách sử dụng hơi nước tạo ra ở trên.
- Tận dụng năng lượng cơ học của tuabin để chạy máy phát điện. Máy phát điện này sẽ tạo ra điện năng.
Chu trình sản xuất điện của nhà máy điện hạt nhân
Sự biến đổi của năng lượng trong quá trình sản xuất điện hạt nhân
Từ chu trình này, có thể thấy năng lượng được biến đổi qua từng giai đoạn. Ban đầu chúng ta có năng lượng hạt nhân. Sau khi bị phá vỡ bởi phản ứng nhiệt hạch, nó trở thành nhiệt lượng. Một phần nhiệt lượng được chuyển đổi thành nội năng của nước bằng cách trở thành hơi nước theo các nguyên tắc nhiệt động lực học. Nội năng và nhiệt năng của nước được chuyển thành động năng khi tuabin được kích hoạt. Cuối cùng, máy phát điện chuyển đổi động năng thành điện năng.
Lò phản ứng hạt nhân
Hiệu suất của lò phản ứng hạt nhân dựa trên lượng nhiệt lượng thu được từ quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân. Lượng nhiệt lượng này sẽ được chuyển đổi thành cơ năng thông qua các tuabin. Cuối cùng, cơ năng này sẽ được chuyển đổi thành điện năng bằng máy phát điện.
Lò phản ứng hạt nhân chịu trách nhiệm xử lý phân hạch nguyên tử nhằm tạo ra rất nhiều nhiệt lượng. Với lượng nhiệt này, lò phản ứng chuyển đổi nước thành hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao.
Một nhà máy điện hạt nhân có nhiều lò phản ứng
Sự sản xuất điện trong nhà máy điện hạt nhân
Hơi nước thoát ra khỏi tòa nhà ngăn chặn do áp suất cao mà nó phải chịu. Cho đến khi nó chạm tới tuabin, làm cho tuabin quay. Tại thời điểm này, một phần nhiệt lượng của hơi nước đang được chuyển thành động năng. Tua bin này được kết nối với một máy phát điện. Theo đó động năng được chuyển thành điện năng.
Mặt khác, hơi nước đã thoát ra khỏi tuabin, mặc dù đã bị mất nhiệt lượng, vẫn tiếp tục tồn tại ở thể khí và rất ấm. Để tái sử dụng nước có trong lượng hơi nước này, người ta cần phải làm lạnh nó trước khi đưa nó trở lại chu trình. Sau khi ra khỏi tuabin, hơi nước đi vào buồng ngưng tụ. Tại đây nó sẽ nguội đi và hóa lỏng khi tiếp xúc với đường ống dẫn nước lạnh. Tiếp theo, người ta sử dụng máy bơm để bởm nước ngược trở lại lò phản ứng hạt nhân. Chu trình tạo ra điện sẽ được lặp lại.
Chu trình này lí giải tại sao các nhà máy hạt nhân luôn được lắp đặt gần nguồn cung cấp nước lạnh (biển, sông, hồ) dồi dào để đưa nước này vào buồng ngưng tụ. Cột khói trắng nổi lên từ các nhà máy chính là hơi nước bốc lên khi quá trình sản xuất điện diễn ra.
Các nhà máy điện hạt nhân thường được xây dựng gần nguồn nước
Vậy là chúng ta đã cùng tìm hiểu về nguyên lý làm việc của nhà máy điện hạt nhân. Hi vọng bài viết đã cung cấp những thông tin hữu ích cho bạn. Hẹn gặp lại trong các bài viết sau!
