Một máy phát điện hạt nhân là một loại thiết bị có khả năng tạo ra năng lượng điện thông qua quá trình phân hạch nguyên tử. Thuật ngữ “hạt nhân” được sử dụng bởi vì năng lượng được tạo ra bằng cách tách các hạt nhân nguyên tử lớn thành những hạt nhân nhỏ hơn, còn được gọi là kéo giãn hạt nhân.
Một máy phát điện hạt nhân hoạt động như thế nào?
Để hiểu cách hoạt động của một máy phát điện hạt nhân, chúng ta cần tìm hiểu một vài khái niệm cơ bản về hạt nhân và phân hạch nguyên tử.
Trước hết, hạt nhân của một nguyên tử bao gồm proton (dương tính) và neutron (không có điện tích). Số lượng proton và neutron trong hạt nhân được gọi là số khối (hoặc khối lượng) của nguyên tử và được ký hiệu là A.
Xét ví dụ một nguyên tử urani có số khối A = 235. Trong trường hợp này, có tổng cộng 235 hạt proton và neutron trong hạt nhân. Thực tế, hạt nhân urani còn được chia thành hai loại, gọi là isotop, có khối lượng khác nhau. Trong trường hợp này, có hai loại isotop của urani là urani-235 và urani-238, với sự khác biệt duy nhất là số lượng neutron trong hạt nhân. Isotop urani-235 có số lượng neutron ít hơn so với urani-238 – chỉ 143 và 142, tương ứng.
Tuy nhiên, các hạt này không được phân bố đều trong hạt nhân. Thay vào đó, chúng tập trung tại trung tâm và được gọi là một hạt nhân với khối lượng hơn 200 lần so với proton. Tập hợp các hạt nhân như vậy được gọi là hạt nhân nguyên tử, hoặc hạt nhân tách biệt.
Tại sao các hạt nhân cần được tách biệt?
Không giống như các nguyên tử khác, các hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ và rất gần nhau. Khi các nguyên tử ở cùng một vị trí, họ tạo ra một lực tương tác rất mạnh giữa các hạt nhân này, được gọi là lực Coulomb.
Tuy nhiên, khi hai hạt nhân cùng một loại đứng sát bên nhau, các hạt này có thể cùng ly khai và tạo ra một hạt nhân mới. Lượng năng lượng được giải phóng trong quá trình này rất lớn và là nguồn cung cấp năng lượng cho máy phát điện hạt nhân.
Máy phát điện hạt nhân hoạt động như thế nào?
Máy phát điện hạt nhân hoạt động bằng cách sử dụng một vật liệu phóng xạ như urani-235, được tập hợp thành các thanh nhỏ và đặt trong một bể chứa nước. Khi các hạt neutron được bắn vào các hạt nhân urani-235, chúng tạo thành các hạt nhân mới và các hạt phi vẫn ði khỏi bể, tạo ra sự chiến hóa nước và tạo ra nhiệt lượng như khi nước sôi. Sức nóng này được sử dụng để chuyển đổi nước thành hơi và làm động cơ quay. Như vậy máy phát điện hạt nhân sinh ra không chỉ nhiệt lượng mà còn là năng lượng điện.
Tóm lại, máy phát điện hạt nhân hoạt động bằng cách tách các hạt nhân của một chất phóng xạ như urani-235 thành các hạt nhân nhỏ hơn, giải phóng năng lượng và tạo ra sự chiến hóa nước để sản xuất năng lượng điện.
Với công nghệ hiện đại, máy phát điện hạt nhân là một giải pháp hiệu quả và bền vững để cung cấp năng lượng cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của con người. Tuy nhiên, việc quản lý và xử lý chất phóng xạ cũng là một thách thức lớn đối với ngành công nghiệp điện hạt nhân. Do đó, sự phát triển và ứng dụng công nghệ máy phát điện hạt nhân cần được thực hiện một cách tỉ mỉ để đảm bảo an toàn cho con người và môi trường.
