Hoạt động của lò phản ứng hạt nhân

Mặc dù lò phản ứng hạt nhân đã được cải tiến rất nhiều, cấu tạo cơ bản của chúng hầu như không thay đổi kể từ chúng ra đời cách đây gần 50 năm.

Dưới đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của các loại lò phản ứng hạt nhân được đăng trên trang MSNBC.

Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân hạch để thu nhiệt do phản ứng đó tạo ra. Ảnh: britannica.com.

Khi nguyên tử urani hoặc plutoni hấp thụ một neutron, nó có thể trải qua phản ứng phân hạch hạt nhân để tách thành nhiều hạt nhỏ hơn. Phản ứng phân hạch sản sinh một lượng nhiệt lớn cùng neutron mới. Những neutron mới tiếp tục bắn phá nguyên tử urani hoặc plutoni để tạo nên phản ứng dây chuyền. Ảnh: blogspot.com.

Toàn bộ quá trình phân hạch xảy ra trong trong lõi bằng thép của lò phản ứng. Nhiệt mà phản ứng tạo khiến nước sôi và bốc hơi. Luồng hơi nóng của nước làm quay các turbin và tạo ra điện. Ảnh: imperial-consultants.co.uk.

Trong lõi của lò phản ứng, nguyên tố urani hoặc plutoni được nạp vào các thanh nhiên liệu (màu đỏ) chìm trong nước. Các thanh điều khiển (màu đen) để làm nhanh hoặc chậm quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân được đặt bên dưới các thanh nhiên liệu. Ảnh: NHK.

Khi sự cố bất ngờ, như động đất, xảy ra thì các thanh điều khiển tự động kích hoạt và trồi lên, nằm xen kẽ với các thanh nhiên liệu nhằm hấp thụ neutron từ các thanh nhiên liệu. Do bị hấp thụ, các hạt neutron không thể bắn phá nguyên tử urani hoặc plutoni nên phản ứng phân hạch chấm dứt và lò phản ứng ngừng hoạt động. Ảnh: NHK.

Trong kiểu lò nước áp lực, nước được bơm vào lõi để hấp thu nhiệt từ các thanh nhiên liệu. Sau đó nó chảy qua một hệ thống kín để sôi. Hơi nước được dẫn sang buồng chứa turbin để làm quay turbin. Chuyển động quay của turbin được truyền sang máy phát điện. Ảnh: MSNBC.

Trong lò nước sôi, nước sôi ngay sau khi hấp thu nhiệt từ các thanh nhiên liệu và hơi được dẫn sang buồng chứa turbin. Ra khỏi turbin, nước được làm nguội tại một tháp để quay trở lại dạng lỏng. Sau đó nước tiếp tục chảy tới buồng tạo hơi. Ảnh: scanada.com.

Lò phản ứng được đặt trong một bể chứa bằng sắt không rỉ. Bên ngoài bể chứa được gia cố bằng lớp tường xi măng có độ dày hàng mét để ngăn chặn chất phóng xạ rò rỉ ra ngoài trong trường hợp sự cố xảy ra. Ảnh: nextbigfuture.com.

Một bể chứa lò phản ứng trong quá trình xây dựng. Ảnh: world-nuclear-news.org.

Theo thời gian, nhiên liệu hạt nhân biến thành nguyên tố nhẹ hơn và không thể gây nên phản ứng phân hạch. Nếu không được tái chế hoặc làm giàu, chúng sẽ trở thành chất thải hạt nhân. Ảnh: globalnuclearpower.eu.

Một bể chứa chất thải hạt nhân. Ảnh: anl.gov.

Việt Linh

Tai nan tại nhà máy hạt nhân Nhật diễn ra như thế nào?

Có những mối lo ngại về rò rỉ phóng xạ nghiêm trọng tại nhà máy hạt nhân Fukushima I, nơi đã

xảy ra hàng loạt vụ nổ và cháy sau trận siêu động đất hôm 11/3.

Ví trí nhà máy Fukushima I (Fukushima Daiichi) và các vòng tròn mô phỏng khu vực sơ tán hoặc ở yên trong nhà và vùng cấm bay tại Fukushima.

4 trong tổng số 6 lò phản ứng của nhà máy Fukushima I đã bị cháy hoặc nổ kể từ sau trận động đất.

Vụ nổ đầu tiên xảy ra tại lò phản ứng số 1 hôm 12/3, thổi bay mái của tòa nhà bên ngoài.

Một vụ nổ tương tự đã xảy ra tại lò phản ứng số 3 hai ngày sau đó, phá hủy tòa nhà. Khói và hơi nước đã bốc lên từ lò phản ứng này kể từ hôm đó.

Hôm 15/3, lò phản ứng số 2 phát nổ.

2 vụ cháy cũng đã xảy ra tại lò phản ứng số 4. Các vụ nổ xảy ra do một phần của hệ thống bên trong các lò phản ứng không hoạt động.

Bên trong mỗi lò phản ứng, nhiên liệu hạt nhân tạo ra điện bằng cách biến nước thành hơi nước để quay các tua-bin.

Nhưng sau trận động đất, các thanh kiểm soát tự động kích hoạt để ngăn chặn các phản ứng hạt nhân và để đóng các lò phản ứng.

Tuy nhiên, các hệ thống làm mát, vốn có nhiệm vụ lưu thông nước để ngăn nhiên liệu quá nóng, đã gặp sự cố vì nguồn cung cấp điện bị hư hỏng.

Nước bị đun sôi, các thanh nhiên liệu trở nên nóng hơn và các vỏ kim loại của những thanh nhiên liệu này được tin là đã bị tan chảy một phần. Được làm bằng hợp kim zirconium, chúng phản ứng với hơi nước và tạo ra khí hydro rất dễ bay hơi.

Khi các kỹ thư thông khí và hơi nước này ra ngoài bình áp suất, nó đã phát nổ, làm hư hỏng các tòa nhà lò phản ứng.

Các quan chức giờ đây đã thực hiện một bước đi đặc biệt nhằm bơm nước biển ngập các lò phản ứng như một biện pháp làm mát khẩn cấp. Họ cũng sử dụng axit boric để ngăn chặn các phản ứng hạt nhân.

Hiện có những lo ngại rằng vụ nổ tại lò phản ứng số 2 đã làm hư hỏng bể nén - bể chứa nước, vốn giúp làm ngưng tụ hơi nước. Nếu bể nén bị thủng, điều đó sẽ khiến hơi nước chứa các chất phóng xạ thoát ra ngoài liên tục.

Cũng đã xảy ra 2 vụ cháy lớn tại lò phản ứng số 4, nơi các bình dự trữ bị khô cạn. Các bình này được sử dụng để làm mát nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng.

An Bình

Theo BBC