Trong điều kiện các nguồn nhiên liệu phổ biến như khí đốt, dầu mỏ đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt và gây không ít hậu quả tác động nghiêm trọng tới môi trường thì năng lượng hạt nhân đang được coi như là một phương pháp để giải quyết để thay thế số một.
Phản ứng phân hạch
Chúng ta có thể hiểu năng lượng hạt nhân chính là những năng lượng hữu ích mà chúng ta thu được từ những hạt nhân nguyên tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân. Đương nhiên là những lò phản ứng này có sự kiểm soát chặt chẽ. Đến hiện tại phản ứng hạt nhân được chia làm 3 loại, đó là phản ứng phân hạch, phản ứng rã phóng xạ và phản ứng tổng hợp hợp. Ứng dụng với đời sống của con người thì phản ứng phân hạch là loại được sử dụng nhiều và mang tính hiệu quả cao.
Phản ứng phân hạch hạt nhân được thực hiện vào năm 1934 và nó đã thành công khi mà nhóm của nhà khoa học Enrico Fermi cùng các đồng nghiệp đã sử dụng Nơtron bắn phá hạt nhân uranium. Sau khi uranium bị các hạt nơtron bắn phá thành công thì năm 1938, một số nhà khoa học khác đã làm rất nhiều thí nghiệm để tạo ra các sản phẩm Uranium. Từ nhiều nghiên cứu khoa học như thế, họ đã khẳng định rằng Nơtron có khối lượng và kích thước rất nhỏ, nó hoàn toàn có đủ khả năng để phân cách các hạt nguyên tử uranium lớn thành nhiều phần bằng nhau. Kết quả nghiên cứu này thực sự đã đánh dấu một bước luật quan trọng trong năng lượng hạt nhân.
Một điều mà chúng ta cần phải khẳng định với nhau rằng, phản ứng phân hạch chính là phản ứng tỏa nhiệt sau khi phân tách sản phẩm ban đầu, tổng khối lượng của những sản phẩm về sau không có con số chính xác bằng với tổng khối lượng của các chất được sử dụng lúc ban đầu. Giải thích cho việc hao hụt khối lượng đó các nhà khoa học đã chứng minh được rằng phần khối lượng bị mất đi đã được chuyển sang dạng bức xạ điện từ và dạng hình nhiệt, đồng thời quá trình phân tách đó giải Phóng đi một nguồn năng lượng rất hữu ích.
Sau khi bắn phá các hạt nơtron vào uranium thì trong phản ứng phân hạch, hạt nhân nguyên tử đã bị phân chia thành nhiều mảnh nhỏ khác nhau, trong khi đó những hạt nhân và nơtron ban đầu không còn có sự tương đồng nữa.
Đối với những Nơtron mới sau khi được tạo thành thì chúng lại tiếp tục tham gia và nhiều phản ứng kế tiếp. Chúng ta hình dung rằng đây là một phản ứng dạng dây và nó chỉ trở thành phản ứng tự hoạt động khi mà đạt đến khối lượng giới hạn trong phản ứng này. Chúng ta thường nghe nói tới những vụ cháy nổ do hạt nhân, điều đó xuất phát từ nguyên nhân khi các Nơtron được sinh ra quá nhiều và chúng mất đi kiểm soát gây ra tốc phản ứng và dẫn tới hiện tượng cháy nổ.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân
Muốn tạo ra năng lượng hạt nhân còn có một loại phản ứng nữa đó chính là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Chúng ta có thể hình dung phản ứng tổng hợp này qua một ví dụ như là tritium và deuterium sau khi kết hợp sẽ tạo thành một nowtron và helium. Khác với phản ứng phân hạch, khi mà phản ứng tổng diễn ra chỉ sản sinh ra nguồn năng lượng chỉ có 18MeV. Thế nhưng phải thừa nhận ưu điểm vượt trội đó là nguyên liệu dễ kiếm và rẻ tiền hơn rất nhiều so với uranium.
Phân rã phóng xạ
Khi mà một số hạt nhân nguyên tử không được bền và chúng có sự biến đổi, tự phát sinh ra các bức xạ hạt nhân thì đó gọi là phóng xạ. Hiện tượng này còn thường được gọi với cái tên là các tia phóng xạ mà con người rất đáng lo ngại khi nó ảnh hưởng khá tiêu cực tới môi trường, tới sức khỏe.
Đối với tia phóng xạ thì chúng có thể là những chùm hạt mang điện tích âm hoặc điện tích dương. Như là anpha, hạt proton, chùm electron hoặc cũng có thể không mang điện như là hạt nơtron hay tia gamma. Chúng ta sẽ gọi nó là sự phân rã phóng xạ hoặc phân rã hạt nhân, nếu như có xuất hiện sự tự biến đổi như vậy tại những hạt nhân nguyên tử.
Những nguyên tử phóng xạ có khối lượng lớn, diễn ra quá trình hạt nhân thì nó được gọi là tự phân hạch. Ví dụ như đối với uranium, khi mà chúng tự vỡ ra thành những mảnh nhỏ, hạt nhân khác và dẫn tới sự thoát ra của nơtron cùng một số loại hạt cơ bản thì đó chính là sự phân rã hạt nhân.
Đối với hiện tượng này thì có sự thiếu hụt về khối lượng rất lớn, tổng khối lượng của các hạt nhân sau khi được phân rã nhỏ hơn nhiều so với tổng khối lượng của hạt nhân ban đầu. Khối lượng bị hao hụt đó đã được chuyển hóa thành năng lượng khổng lồ.
Lò phản ứng hạt nhân
Chúng ta thường nghe nói rất nhiều đến cụm từ lò phản ứng hạt nhân. Và theo như một số thống kê thì ở toàn thế giới 17% năng lượng điện được cung cấp cũng bởi chính các nhà máy hạt nhân này. Pháp là một đất nước điển hình, khi mà đất nước này sử dụng lượng điện năng được cung cấp hơn 70% tổng số điện năng từ các nhà máy phản ứng hạt nhân.
Các nhiên liệu được dùng để nạp vào lò phản ứng hạt nhân thường có hình dạng tròn và chúng được sắp đặt xen kẽ, khi cho vào thanh niên liệu với bộ lọc điều hòa nơtron công suất quá trình phản ứng thì toàn bộ hệ thống này sẽ được để chìm ở trong nước. Sau đó, chúng sẽ giải phóng nhiệt. Tất cả các lò phản ứng hạt nhân thường sẽ được thiết kế với các cơ chế vận hành tự động, đồng thời cũng có cơ chế vận hành bằng tay và chúng hoàn toàn có thể được ngắt khi có dấu hiệu không an toàn, gây ra việc nổ lò phản ứng hạt nhân.
Đối với tiêu chuẩn của một lò phản ứng hạt nhân chúng phải được xây dựng một cách chặt chẽ, nghiêm ngặt với chất liệu tốt, thường là lớp vỏ kép, chúng sẽ có một lớp vỏ để ngăn phóng xạ và một lớp vỏ để bảo vệ ở ngoài cùng. Nếu như phóng xạ bị rò rỉ ra ngoài sẽ tác động rất lớn tới môi trường và sức khỏe của con người.
Trên đây chúng ta đã cùng nhau đi tìm hiểu về năng lượng hạt nhân và biết được rất nhiều điều thú vị xung quanh loại năng lượng này. Trong tương lai, việc ứng dụng năng lượng hạt nhân vào đời sống, sản xuất sẽ còn được mở rộng hơn nữa. Hi vọng rằng bài viết này sẽ mang đến nhiều lợi ích cho bạn đọc.