Ưu và nhược điểm của năng lượng hạt nhân là gì? Ưu nhược điểm của nhà máy điện hạt nhân
Việc sử dụng năng lượng hạt nhân trong thế giới hiện đại quan trọng đến mức nếu ngày mai chúng ta thức dậy và năng lượng của một phản ứng hạt nhân biến mất, thế giới như chúng ta biết có thể sẽ không còn tồn tại. Hòa bình là cơ sở của sản xuất công nghiệp và đời sống ở các nước như Pháp và Nhật Bản, Đức và Anh, Mỹ và Nga. Và nếu hai quốc gia cuối cùng vẫn có thể thay thế các nguồn năng lượng hạt nhân bằng các trạm nhiệt điện, thì đối với Pháp hoặc Nhật, điều này đơn giản là không thể.
Việc sử dụng năng lượng hạt nhân tạo ra nhiều vấn đề. Về cơ bản, tất cả những vấn đề này đều liên quan đến thực tế là việc sử dụng năng lượng liên kết của hạt nhân nguyên tử (mà chúng ta gọi là năng lượng hạt nhân) cho lợi ích của chính mình, một người nhận được sự dữ đáng kể dưới dạng chất thải phóng xạ cao mà không thể đơn giản vứt bỏ. Chất thải từ các nguồn năng lượng hạt nhân cần được xử lý, vận chuyển, chôn lấp và lưu giữ lâu dài trong điều kiện an toàn.
Ưu nhược điểm, lợi ích và tác hại của việc sử dụng năng lượng hạt nhân
Xem xét ưu và nhược điểm của việc sử dụng năng lượng nguyên tử-hạt nhân, lợi ích, tác hại và ý nghĩa của chúng đối với cuộc sống của nhân loại. Rõ ràng là ngày nay chỉ có các nước công nghiệp phát triển mới cần năng lượng hạt nhân. Đó là, năng lượng hạt nhân hòa bình được ứng dụng chính của nó chủ yếu tại các cơ sở như nhà máy, nhà máy chế biến, v.v. Các ngành công nghiệp sử dụng nhiều năng lượng ở xa các nguồn điện giá rẻ (như các nhà máy thủy điện) sử dụng các nhà máy điện hạt nhân để đảm bảo và phát triển các quy trình nội bộ của chúng.
Các vùng và thành phố nông nghiệp không thực sự cần năng lượng hạt nhân. Hoàn toàn có thể thay thế nó bằng các trạm nhiệt và các trạm khác. Hóa ra, việc làm chủ, thu nhận, phát triển, sản xuất và sử dụng năng lượng hạt nhân phần lớn nhằm mục đích thỏa mãn nhu cầu của chúng ta đối với các sản phẩm công nghiệp. Hãy xem đó là những ngành công nghiệp nào: công nghiệp ô tô, công nghiệp quân sự, luyện kim, công nghiệp hóa chất, khu liên hợp dầu khí, v.v.
Một người hiện đại có muốn lái một chiếc xe hơi mới không? Bạn muốn mặc đồ tổng hợp hợp thời trang, ăn đồ tổng hợp và đóng gói mọi thứ trong đồ tổng hợp? Muốn có sản phẩm sáng với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau? Bạn muốn tất cả điện thoại, TV, máy tính mới? Bạn muốn mua nhiều, thường xuyên thay đổi thiết bị xung quanh mình? Muốn ăn thức ăn hóa chất ngon lành từ các gói màu? Bạn có muốn sống trong hòa bình? Bạn có muốn nghe những bài phát biểu ngọt ngào từ màn hình TV không? Bạn có muốn có nhiều xe tăng, cũng như tên lửa và tàu tuần dương, cũng như đạn pháo và đại bác?
Và anh ấy nhận được tất cả. Không quan trọng là cuối cùng sự khác biệt giữa lời nói và việc làm dẫn đến chiến tranh. Nó không quan trọng rằng năng lượng cũng cần thiết để xử lý nó. Cho đến nay, người bình tĩnh. Anh ta ăn, uống, đi làm, bán và mua.
Và tất cả điều này cần năng lượng. Và điều này đòi hỏi rất nhiều dầu, khí đốt, kim loại, v.v. Và tất cả các quá trình công nghiệp này đều cần đến năng lượng nguyên tử. Do đó, bất kể ai nói gì, cho đến khi lò phản ứng tổng hợp nhiệt hạch công nghiệp đầu tiên được đưa vào hoạt động nối tiếp, thì năng lượng hạt nhân mới phát triển.
Trong những lợi thế của năng lượng hạt nhân, chúng ta có thể viết ra một cách an toàn mọi thứ mà chúng ta đã quen thuộc. Mặt khác, viễn cảnh đáng buồn về cái chết sắp xảy ra trong sự sụp đổ của sự cạn kiệt tài nguyên, vấn đề chất thải hạt nhân, gia tăng dân số và suy thoái đất canh tác. Nói cách khác, năng lượng hạt nhân cho phép con người bắt đầu làm chủ thiên nhiên một cách mạnh mẽ hơn, buộc nó vượt quá mức đo lường đến mức trong vài thập kỷ, anh ta đã vượt qua ngưỡng tái tạo các nguồn tài nguyên cơ bản, bắt đầu từ năm 2000 đến năm 2010, quá trình tiêu thụ sụp đổ. Quá trình này một cách khách quan không còn phụ thuộc vào con người.
Mọi người sẽ phải ăn ít hơn, sống ít hơn và ít tận hưởng môi trường tự nhiên hơn. Ở đây có một điểm cộng hoặc điểm trừ khác của năng lượng nguyên tử, nằm ở chỗ các quốc gia đã làm chủ được nguyên tử sẽ có thể phân phối lại hiệu quả hơn các nguồn tài nguyên đã cạn kiệt của những nước chưa làm chủ được nguyên tử. Hơn nữa, chỉ có sự phát triển của chương trình nhiệt hạch nhiệt hạch mới có thể cho phép nhân loại tồn tại một cách đơn giản. Bây giờ chúng ta hãy giải thích trên ngón tay nó là loại "quái thú" nào - năng lượng nguyên tử (hạt nhân) và nó được ăn bằng gì.
Khối lượng, vật chất và năng lượng nguyên tử (hạt nhân)
Người ta thường nghe tuyên bố rằng “khối lượng và năng lượng là như nhau”, hoặc những phán đoán như vậy mà biểu thức E = mc2 giải thích cho vụ nổ của một quả bom nguyên tử (hạt nhân). Bây giờ bạn đã có những hiểu biết đầu tiên về năng lượng hạt nhân và các ứng dụng của nó, sẽ thực sự không khôn ngoan nếu bạn nhầm lẫn với những phát biểu như "khối lượng bằng năng lượng." Trong mọi trường hợp, cách giải thích khám phá vĩ đại này không phải là tốt nhất. Rõ ràng, đây chỉ là sự hóm hỉnh của những nghệ sĩ cải lương trẻ, "những người Galilê của thời mới." Trên thực tế, dự đoán của lý thuyết, đã được kiểm chứng bởi nhiều thí nghiệm, chỉ nói rằng năng lượng có khối lượng.
Bây giờ chúng tôi sẽ giải thích quan điểm hiện đại và giới thiệu tổng quan ngắn gọn về lịch sử phát triển của nó.
Khi năng lượng của bất kỳ cơ thể vật chất nào tăng lên, thì khối lượng của nó cũng tăng lên, và chúng ta quy khối lượng bổ sung này là sự gia tăng năng lượng. Ví dụ, khi bức xạ bị hấp thụ, chất hấp thụ trở nên nóng hơn và khối lượng của nó tăng lên. Tuy nhiên, mức tăng quá nhỏ nên nó vẫn nằm ngoài độ chính xác của phép đo trong các thí nghiệm thông thường. Ngược lại, nếu một chất phát ra bức xạ, thì chất đó sẽ mất đi một phần khối lượng của nó, sẽ bị bức xạ mang đi. Một câu hỏi rộng hơn được đặt ra: không phải toàn bộ khối lượng vật chất được điều hòa bởi năng lượng, tức là không có một kho năng lượng khổng lồ nào có trong mọi vật chất? Nhiều năm trước, các phép biến đổi phóng xạ đã trả lời một cách tích cực điều này. Khi một nguyên tử phóng xạ phân rã, một lượng năng lượng khổng lồ được giải phóng (chủ yếu ở dạng động năng), và một phần nhỏ khối lượng của nguyên tử biến mất. Các phép đo rõ ràng về điều này. Do đó, năng lượng mang đi khối lượng với nó, do đó làm giảm khối lượng của vật chất.
Do đó, một phần của khối lượng vật chất có thể hoán đổi cho nhau bằng khối lượng bức xạ, động năng, v.v ... Đó là lý do tại sao chúng ta nói: "năng lượng và vật chất một phần có khả năng chuyển hóa lẫn nhau". Hơn nữa, hiện nay chúng ta có thể tạo ra các hạt vật chất có khối lượng và có khả năng biến đổi hoàn toàn thành bức xạ cũng có khối lượng. Năng lượng của bức xạ này có thể chuyển sang các dạng khác, truyền khối lượng của nó cho chúng. Ngược lại, bức xạ có thể được chuyển đổi thành các hạt vật chất. Vì vậy, thay vì "năng lượng có khối lượng" chúng ta có thể nói "các hạt vật chất và bức xạ là chuyển đổi lẫn nhau, và do đó có khả năng chuyển hóa lẫn nhau với các dạng năng lượng khác." Đây là sự sáng tạo và hủy diệt của vật chất. Những sự kiện hủy diệt như vậy không thể xảy ra trong lĩnh vực vật lý, hóa học và công nghệ thông thường, mà phải được tìm kiếm trong các quá trình vi mô nhưng hoạt động được nghiên cứu bởi vật lý hạt nhân, hoặc trong lò nhiệt độ cao của bom nguyên tử, trong mặt trời và các ngôi sao. Tuy nhiên, sẽ không hợp lý nếu nói rằng "năng lượng là khối lượng". Chúng ta nói: "năng lượng, giống như vật chất, có khối lượng."
Khối lượng vật chất thông thường
Chúng ta nói rằng khối lượng của vật chất thông thường chứa một kho nội năng khổng lồ bằng tích của khối lượng và (tốc độ ánh sáng) 2. Nhưng năng lượng này được chứa trong khối và không thể được giải phóng nếu ít nhất một phần của nó biến mất. Làm thế nào mà một ý tưởng tuyệt vời như vậy lại ra đời và tại sao nó không được phát hiện sớm hơn? Nó đã được đề xuất trước đó - thí nghiệm và lý thuyết ở các dạng khác nhau - nhưng cho đến thế kỷ 20, sự thay đổi năng lượng không được quan sát thấy, bởi vì trong các thí nghiệm thông thường, nó tương ứng với một sự thay đổi cực kỳ nhỏ về khối lượng. Tuy nhiên, bây giờ chúng tôi chắc chắn rằng một viên đạn bay, do động năng của nó, có thêm một khối lượng. Ngay cả ở tốc độ 5.000 m / giây, một viên đạn nặng chính xác 1g khi đứng yên sẽ có tổng khối lượng là 1,00000000001g. Bạch kim nóng trắng nặng 1kg sẽ tăng thêm tổng cộng 0,000000000004kg và thực tế không có quả cân nào có thể ghi lại những thay đổi này. Chỉ khi một lượng năng lượng khổng lồ được giải phóng khỏi hạt nhân nguyên tử, hoặc khi các "đường đạn" nguyên tử được gia tốc tới tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, thì khối lượng năng lượng mới trở nên đáng chú ý.
Mặt khác, ngay cả một sự khác biệt gần như không thể nhận thấy về khối lượng cũng đánh dấu khả năng giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Do đó, nguyên tử hydro và heli có khối lượng tương đối là 1,008 và 4,004. Nếu bốn hạt nhân hydro có thể kết hợp thành một hạt nhân heli, thì khối lượng của 4,032 sẽ thay đổi thành 4,004. Sự khác biệt là rất nhỏ, chỉ 0,028, hay 0,7%. Nhưng nó có nghĩa là một sự giải phóng năng lượng khổng lồ (chủ yếu ở dạng bức xạ). 4,032 kg hydro sẽ tạo ra 0,028 kg bức xạ, sẽ có năng lượng khoảng 600000000000 Cal.
So sánh điều này với 140.000 cal được giải phóng khi cùng một lượng hydro được kết hợp với oxy trong một vụ nổ hóa học.
Động năng thông thường đóng góp đáng kể vào khối lượng của các proton rất nhanh được tạo ra bởi các cyclotron, và điều này gây ra khó khăn khi làm việc với các máy như vậy.
Tại sao chúng ta vẫn tin rằng E = mc2
Bây giờ chúng ta coi đây là hệ quả trực tiếp của thuyết tương đối, nhưng những nghi ngờ đầu tiên đã xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, liên quan đến các đặc tính của bức xạ. Khi đó, có vẻ như bức xạ có khối lượng. Và kể từ khi bức xạ mang, như trên đôi cánh, với tốc độ năng lượng, chính xác hơn, nó là năng lượng của chính nó, thì một ví dụ về một khối lượng thuộc về một thứ “phi vật chất” đã xuất hiện. Các định luật điện từ thực nghiệm đã tiên đoán rằng sóng điện từ phải có "khối lượng". Nhưng trước khi thuyết tương đối ra đời, chỉ có sự tưởng tượng không thể kiềm chế mới có thể mở rộng tỷ lệ m = E / c2 cho các dạng năng lượng khác.
Tất cả các loại bức xạ điện từ (sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím, v.v.) đều có một số đặc điểm chung: chúng đều truyền trong không gian trống với tốc độ như nhau, và chúng đều mang năng lượng và động lượng. Chúng ta tưởng tượng ánh sáng và các bức xạ khác dưới dạng sóng lan truyền với tốc độ cao nhưng xác định c = 3 * 108 m / giây. Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt hấp thụ, nhiệt được sinh ra, cho thấy rằng thông lượng ánh sáng mang theo năng lượng. Năng lượng này phải truyền cùng với dòng chảy với cùng tốc độ ánh sáng. Trên thực tế, tốc độ ánh sáng được đo chính xác theo cách này: theo thời gian bay một khoảng cách lớn bằng một phần năng lượng ánh sáng.
Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt của một số kim loại, nó đánh bật các electron, các electron bay ra giống như khi chúng bị một quả bóng compact đập vào. , rõ ràng, được phân phối thành các phần tập trung, mà chúng ta gọi là "lượng tử". Đây là bản chất lượng tử của bức xạ, mặc dù thực tế là những phần này dường như được tạo ra bởi sóng. Mỗi phần ánh sáng có cùng bước sóng có cùng năng lượng, một "lượng tử" năng lượng nhất định. Những phần như vậy lao đi với tốc độ ánh sáng (trên thực tế, chúng là ánh sáng), truyền năng lượng và động lượng (động lượng). Tất cả điều này làm cho nó có thể quy một khối lượng nhất định cho bức xạ - một khối lượng nhất định được quy cho mỗi phần.
Khi ánh sáng phản xạ từ gương, không có nhiệt tỏa ra, vì chùm phản xạ mang đi tất cả năng lượng, nhưng một áp suất tác dụng lên gương, tương tự như áp suất của các quả cầu hoặc phân tử đàn hồi. Nếu thay vì một tấm gương, ánh sáng chiếu vào một bề mặt hấp thụ màu đen thì áp suất sẽ giảm đi một nửa. Điều này chỉ ra rằng chùm tia mang động lượng quay bởi gương. Do đó, ánh sáng hoạt động như thể nó có khối lượng. Nhưng có cách nào khác để biết rằng một cái gì đó có khối lượng không? Khối lượng có tồn tại theo đúng nghĩa của nó, chẳng hạn như chiều dài, màu xanh lá cây, hoặc nước? Hay nó là một khái niệm nhân tạo được định nghĩa bởi những hành vi như Modesty? Thực tế, thánh lễ được chúng ta biết đến qua ba biểu hiện:
- A. Một câu nói mơ hồ đặc trưng cho lượng "chất" (Khối lượng theo quan điểm này vốn có trong chất - một thực thể mà chúng ta có thể nhìn thấy, chạm vào, đẩy ra).
- B. Một số phát biểu liên kết nó với các đại lượng vật lý khác.
- B. Khối lượng được bảo toàn.
Nó vẫn là để xác định khối lượng theo động lượng và năng lượng. Khi đó bất kỳ vật chuyển động nào có động lượng và năng lượng đều phải có "khối lượng". Khối lượng của nó phải là (động lượng) / (vận tốc).
Thuyết tương đối
Mong muốn liên kết với nhau một loạt các nghịch lý thực nghiệm liên quan đến không gian và thời gian tuyệt đối đã làm nảy sinh lý thuyết tương đối. Hai loại thí nghiệm với ánh sáng cho kết quả trái ngược nhau, và thí nghiệm với điện càng làm trầm trọng thêm mâu thuẫn này. Sau đó, Einstein đề xuất thay đổi các quy tắc hình học đơn giản của phép cộng vectơ. Sự thay đổi này là bản chất của "thuyết tương đối hẹp" của ông.
Đối với tốc độ thấp (từ con ốc chậm nhất đến tốc độ nhanh nhất của tên lửa), lý thuyết mới phù hợp với lý thuyết cũ.
Ở tốc độ cao, có thể so sánh với tốc độ ánh sáng, phép đo độ dài hoặc thời gian của chúng ta bị thay đổi bởi chuyển động của cơ thể so với người quan sát, đặc biệt, khối lượng của cơ thể càng lớn thì chuyển động càng nhanh.
Sau đó, thuyết tương đối tuyên bố rằng sự gia tăng khối lượng này là một bản chất hoàn toàn tổng quát. Ở tốc độ bình thường, không có thay đổi và chỉ ở tốc độ 100.000.000 km / h khối lượng tăng thêm 1%. Tuy nhiên, đối với các điện tử và proton phát ra từ các nguyên tử phóng xạ hoặc các máy gia tốc hiện đại thì đạt 10, 100, 1000%…. Các thí nghiệm với các hạt năng lượng cao như vậy cung cấp bằng chứng tuyệt vời cho mối quan hệ giữa khối lượng và vận tốc.
Ở đầu kia là bức xạ không có khối lượng nghỉ. Nó không phải là một chất và không thể được giữ yên; nó vừa có khối lượng, vừa chuyển động với vận tốc c nên năng lượng của nó là mc2. Chúng ta nói về lượng tử như các photon khi chúng ta muốn ghi nhận hành vi của ánh sáng như một dòng hạt. Mỗi photon có một khối lượng m nhất định, một năng lượng E = mс2 nhất định và một lượng chuyển động (động lượng) nhất định.
Sự biến đổi hạt nhân
Trong một số thí nghiệm với hạt nhân, khối lượng của các nguyên tử sau những vụ nổ dữ dội không cộng lại để có tổng khối lượng như nhau. Năng lượng được giải phóng lấy đi của nó một số phần của khối lượng; mảnh vật liệu nguyên tử còn thiếu dường như đã biến mất. Tuy nhiên, nếu chúng ta gán khối lượng E / c2 cho năng lượng đo được, chúng ta thấy rằng khối lượng được bảo toàn.
Tiêu diệt vật chất
Chúng ta thường nghĩ về khối lượng như một thuộc tính tất yếu của vật chất, vì vậy sự chuyển đổi khối lượng từ vật chất sang bức xạ - từ một ngọn đèn thành một chùm sáng bay gần giống như sự hủy diệt của vật chất. Thêm một bước nữa - và chúng ta sẽ ngạc nhiên khi biết điều gì đang thực sự xảy ra: các electron dương và âm, các hạt vật chất, khi kết hợp với nhau, hoàn toàn biến thành bức xạ. Khối lượng vật chất của chúng biến thành một khối lượng bức xạ bằng nhau. Đây là trường hợp vật chất biến mất theo đúng nghĩa đen nhất. Như thể được lấy nét, trong một tia sáng.
Các phép đo cho thấy (năng lượng, bức xạ trong quá trình triệt tiêu) / c2 bằng tổng khối lượng của cả electron - dương và âm. Một phản proton, khi kết hợp với một proton, sẽ tiêu diệt, thường là giải phóng các hạt nhẹ hơn với động năng cao.
Tạo ra vật chất
Bây giờ chúng ta đã học cách quản lý bức xạ năng lượng cao (tia X sóng siêu ngắn), chúng ta có thể chuẩn bị các hạt vật chất từ bức xạ. Nếu một mục tiêu bị bắn phá bằng những chùm tia như vậy, chúng đôi khi tạo ra một cặp hạt, ví dụ, electron dương và âm. Và nếu chúng ta một lần nữa sử dụng công thức m = E / c2 cho cả bức xạ và động năng, thì khối lượng sẽ được bảo toàn.
Chỉ về phức hợp - Năng lượng hạt nhân (nguyên tử)
- Thư viện hình ảnh, hình ảnh, hình ảnh.
- Năng lượng hạt nhân, năng lượng nguyên tử - nguyên tắc cơ bản, cơ hội, triển vọng, phát triển.
- Sự thật thú vị, thông tin hữu ích.
- Tin xanh - Năng lượng hạt nhân, năng lượng của nguyên tử.
- Tài liệu tham khảo và nguồn - Năng lượng hạt nhân (nguyên tử).
Các lập luận chính ủng hộ sự phát triển của năng lượng hạt nhân là mức độ rẻ tương đối của năng lượng và một lượng nhỏ chất thải. Tính theo một đơn vị năng lượng sản xuất, chất thải từ các nhà máy điện hạt nhân ít hơn hàng nghìn lần so với các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than (1 ly uranium-235 cung cấp năng lượng bằng 10 nghìn tấn than). Ưu điểm của các nhà máy điện hạt nhân là không thải khí carbon dioxide vào khí quyển, đồng thời với việc sản xuất điện bằng cách đốt các chất mang năng lượng carbon.
Ngày nay, rõ ràng là trong quá trình vận hành bình thường của các nhà máy điện hạt nhân, rủi ro môi trường trong việc thu được năng lượng thấp hơn so với trong ngành than.
Theo các tính toán gần đúng, việc đóng cửa các nhà máy điện hạt nhân hiện có sẽ đòi hỏi phải đốt thêm 630 triệu tấn than mỗi năm, dẫn đến việc thải ra 2 tỷ tấn carbon dioxide và 4 triệu tấn tro độc hại và phóng xạ vào bầu không khí. Việc thay thế các nhà máy điện hạt nhân bằng các nhà máy nhiệt điện sẽ dẫn đến tỷ lệ tử vong do ô nhiễm khí quyển tăng gấp 50 lần. Để chiết xuất carbon dioxide bổ sung này từ khí quyển, cần phải trồng một khu rừng trên diện tích lớn gấp 4-8 lần lãnh thổ của Đức.
Năng lượng hạt nhân có những đối thủ nặng ký. L. Brown (Brown, 2001) coi nó là không thể cạnh tranh. Các lập luận phản đối việc phát triển năng lượng hạt nhân là khó đảm bảo an toàn hoàn toàn của chu trình nhiên liệu hạt nhân, cũng như nguy cơ tai nạn tại các nhà máy điện hạt nhân. Lịch sử phát triển năng lượng hạt nhân bị lu mờ bởi những tai nạn nghiêm trọng xảy ra ở Kyshtym và Chernobyl. Tuy nhiên, xác suất xảy ra tai nạn tại các nhà máy điện hạt nhân hiện đại là cực kỳ thấp. Vì vậy, ở Anh, nó không quá 1: 1000000. Nhật Bản đang xây dựng các nhà máy điện hạt nhân mới (bao gồm cả nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới Fukushima) tại các khu vực nguy hiểm về địa chấn trên đại dương.
Triển vọng về năng lượng hạt nhân.
Sự cạn kiệt của các tàu sân bay năng lượng cacbon, khả năng hạn chế của năng lượng dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo và nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng đang thúc đẩy hầu hết các quốc gia trên thế giới theo hướng phát triển năng lượng hạt nhân, với việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân bắt đầu ở các nước đang phát triển Nam Mỹ, Châu Á và Châu Phi. Việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân bị đình chỉ trước đây đang được nối lại ngay cả ở các quốc gia bị ảnh hưởng bởi thảm họa Chernobyl - Ukraine, Belarus và Liên bang Nga. Hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân ở Armenia đang được nối lại.
Trình độ công nghệ của năng lượng hạt nhân và an toàn môi trường của nó đang được nâng lên. Các dự án đã được phát triển để giới thiệu các lò phản ứng mới, kinh tế hơn có khả năng tiêu thụ uranium trên một đơn vị điện ít hơn 4-10 lần so với các lò hiện đại. Vấn đề sử dụng thori và plutonium làm "nhiên liệu" đang được thảo luận. Các nhà khoa học Nhật Bản tin rằng plutonium có thể được đốt cháy mà không có dư lượng và các nhà máy điện hạt nhân sử dụng plutonium có thể thân thiện với môi trường nhất, vì chúng không tạo ra chất thải phóng xạ (RW). Vì lý do này, Nhật Bản đang tích cực mua plutonium được giải phóng trong quá trình tháo dỡ đầu đạn hạt nhân. Tuy nhiên, việc chuyển các nhà máy điện hạt nhân sang nhiên liệu plutonium đòi hỏi hiện đại hóa các lò phản ứng hạt nhân một cách tốn kém.
Chu kỳ nhiên liệu hạt nhân đang thay đổi; một tập hợp tất cả các hoạt động đi kèm với việc khai thác nguyên liệu thô cho nhiên liệu hạt nhân, chuẩn bị để đốt trong lò phản ứng, quá trình thu nhận năng lượng và xử lý, lưu trữ và xử lý chất thải phóng xạ. Ở một số nước Châu Âu và Liên bang Nga, quá trình chuyển đổi sang chu trình khép kín đang được tiến hành, trong đó ít chất thải phóng xạ được tạo ra hơn, vì một phần đáng kể trong số đó được đốt sau khi xử lý. Điều này không chỉ giúp giảm nguy cơ ô nhiễm phóng xạ đối với môi trường (xem 10.4.4), mà còn giảm tiêu thụ uranium xuống hàng trăm lần, nguồn tài nguyên cạn kiệt. Với một chu trình mở, chất thải phóng xạ không được xử lý mà được thải bỏ. Nó tiết kiệm hơn, nhưng không hợp lý về mặt môi trường. Các nhà máy điện hạt nhân của Mỹ vẫn đang hoạt động theo sơ đồ này.
Nhìn chung, các vấn đề về xử lý và tiêu hủy an toàn chất thải phóng xạ đều có thể giải quyết được về mặt kỹ thuật. Trong những năm gần đây, Câu lạc bộ thành Rome cũng đã lên tiếng ủng hộ sự phát triển của năng lượng hạt nhân, mà các chuyên gia đã đưa ra quan điểm như sau: “Dầu quá đắt, than đá quá nguy hiểm cho thiên nhiên, sự đóng góp của năng lượng tái tạo là quá không đáng kể, cơ hội duy nhất là bám vào lựa chọn hạt nhân. ”
Lợi thế của năng lượng hạt nhân so với các dạng sản xuất năng lượng khác là rõ ràng. Công suất cao và tổng chi phí năng lượng thấp đã từng mở ra triển vọng lớn cho việc phát triển năng lượng hạt nhân và xây dựng các nhà máy điện hạt nhân. Ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, lợi thế của năng lượng hạt nhân vẫn được tính đến ngay cả ngày nay - ngày càng có nhiều đơn vị điện mới được xây dựng và các hợp đồng đang được ký kết để xây dựng các nhà máy điện hạt nhân trong tương lai.
Một trong những lợi thế chính của năng lượng hạt nhân là khả năng sinh lời của nó. Nó bao gồm nhiều yếu tố, và quan trọng nhất trong số đó là sự phụ thuộc thấp vào việc vận chuyển nhiên liệu. Hãy so sánh một CHPP có công suất 1 triệu kW và một khối NPP có công suất bằng nhau. Các CHPP yêu cầu từ 2 đến 5 triệu tấn nhiên liệu mỗi năm, chi phí vận chuyển có thể lên tới 50% chi phí năng lượng nhận được và khoảng 30 tấn uranium sẽ cần được chuyển đến các nhà máy điện hạt nhân, điều này thực tế không ảnh hưởng đến giá cuối cùng của năng lượng.
Ngoài ra, trong những ưu điểm của năng lượng hạt nhân, người ta có thể viết một cách an toàn rằng việc sử dụng nhiên liệu hạt nhân không kèm theo quá trình đốt cháy và phát thải các chất độc hại và khí nhà kính vào bầu khí quyển, có nghĩa là việc xây dựng các cơ sở đắt tiền. để làm sạch khí thải vào khí quyển sẽ không được yêu cầu. Một phần tư tổng lượng khí thải độc hại vào khí quyển là do các nhà máy nhiệt điện gây ra, điều này có tác động rất tiêu cực đến tình hình môi trường của các thành phố nằm gần chúng và tình trạng của bầu khí quyển nói chung. Các thành phố nằm gần các nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động ở chế độ bình thường hoàn toàn cảm nhận được lợi thế của năng lượng hạt nhân và được coi là một trong những thành phố thân thiện với môi trường nhất trong tất cả các quốc gia trên thế giới. Họ liên tục theo dõi trạng thái phóng xạ của trái đất, nước và không khí, cũng như phân tích hệ thực vật và động vật - việc giám sát liên tục như vậy cho phép bạn thực sự đánh giá ưu và nhược điểm của năng lượng hạt nhân và tác động của nó đối với sinh thái của khu vực. Điều đáng chú ý là trong thời gian quan sát tại các khu vực đặt nhà máy điện hạt nhân, chưa bao giờ ghi nhận được các sai lệch của phông phóng xạ so với bình thường, trừ trường hợp đó là trường hợp khẩn cấp.
Những lợi thế của năng lượng hạt nhân không kết thúc ở đó. Trong điều kiện sắp xảy ra tình trạng đói năng lượng và cạn kiệt nguồn dự trữ nhiên liệu carbon, câu hỏi đương nhiên đặt ra về nguồn dự trữ nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân. Câu trả lời cho câu hỏi này là rất lạc quan: trữ lượng uranium và các nguyên tố phóng xạ khác đã được khám phá trong vỏ trái đất lên tới vài triệu tấn, và với mức tiêu thụ hiện tại, chúng có thể được coi là vô tận.
Nhưng lợi thế của năng lượng hạt nhân không chỉ mở rộng đến các nhà máy điện hạt nhân. Năng lượng của nguyên tử ngày nay được sử dụng cho các mục đích khác, ngoài việc cung cấp năng lượng điện cho dân cư và công nghiệp. Do đó, người ta không thể đánh giá quá cao lợi thế của năng lượng hạt nhân đối với hạm đội tàu ngầm và tàu phá băng hạt nhân. Việc sử dụng động cơ hạt nhân cho phép chúng tồn tại tự chủ trong thời gian dài, di chuyển trên mọi khoảng cách và tàu ngầm có thể ở dưới nước trong nhiều tháng. Ngày nay, thế giới đang phát triển các nhà máy điện hạt nhân ngầm và nổi, động cơ hạt nhân cho tàu vũ trụ.
Khi tính đến những lợi thế của năng lượng hạt nhân, chúng ta có thể nói một cách an toàn rằng trong tương lai nhân loại sẽ tiếp tục sử dụng các khả năng của năng lượng hạt nhân, mà nếu được xử lý cẩn thận, nó sẽ ít gây ô nhiễm môi trường hơn và thực tế không làm xáo trộn cân bằng sinh thái trên hành tinh của chúng ta. Nhưng lợi thế của năng lượng hạt nhân đã mờ nhạt đáng kể trong mắt cộng đồng thế giới sau hai vụ tai nạn nghiêm trọng: tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986 và tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima-1 năm 2011. Quy mô của những sự cố này đến mức hậu quả của chúng có thể bao hàm gần như tất cả những ưu điểm của năng lượng hạt nhân mà nhân loại đã biết. Thảm kịch ở Nhật Bản đối với một số quốc gia là động lực để tái thiết kế chiến lược năng lượng và chuyển trọng tâm sang việc sử dụng các nguồn năng lượng thay thế.
Điện hạt nhân là cách duy nhất để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhân loại về điện.
Không có nguồn năng lượng nào khác có thể sản xuất đủ điện. Tiêu thụ toàn cầu của nó đã tăng 39% từ năm 1990 đến năm 2008 và đang tăng lên hàng năm. Năng lượng mặt trời không thể đáp ứng nhu cầu điện công nghiệp. Trữ lượng dầu và than đã cạn kiệt. Năm 2016, có 451 tổ máy điện hạt nhân đang hoạt động trên thế giới. Tổng cộng, các đơn vị điện đã tạo ra 10,7% sản lượng điện của thế giới. 20% tổng sản lượng điện ở Nga được sản xuất bởi các nhà máy điện hạt nhân.
Năng lượng giải phóng trong phản ứng hạt nhân vượt xa nhiệt lượng toả ra trong quá trình cháy.
1 kg uranium được làm giàu đến 4% giải phóng một lượng năng lượng tương đương với việc đốt cháy 60 tấn dầu hoặc 100 tấn than.
Vận hành an toàn nhà máy điện hạt nhân so với nhà máy nhiệt điện.
Kể từ khi xây dựng các cơ sở hạt nhân đầu tiên, khoảng ba chục vụ tai nạn đã xảy ra, trong đó bốn trường hợp đã phát tán các chất độc hại vào khí quyển. Số lượng các sự cố liên quan đến vụ nổ khí mê-tan trong các mỏ than lên đến hàng chục. Do thiết bị lạc hậu nên số vụ tai nạn xảy ra tại các nhà máy nhiệt điện hàng năm ngày càng tăng. Vụ tai nạn lớn cuối cùng ở Nga xảy ra vào năm 2016 trên Sakhalin. Sau đó 20 nghìn người Nga không có điện. Một vụ nổ vào năm 2013 tại Uglegorsk TPP (vùng Donetsk, Ukraine) đã gây ra một ngọn lửa không thể dập tắt trong 15 giờ. Một lượng lớn các chất độc hại đã được thải vào bầu khí quyển.
Độc lập với các nguồn năng lượng hóa thạch.
Nguồn dự trữ nhiên liệu tự nhiên bị cạn kiệt. Phần còn lại của than và dầu ước tính là 0,4 IJ (1 IJ = 10 24 J). Trữ lượng uranium vượt quá 2,5 IJ. Ngoài ra, uranium có thể được tái sử dụng. Nhiên liệu hạt nhân rất dễ vận chuyển và chi phí vận chuyển ở mức tối thiểu.
So sánh thân thiện với môi trường của nhà máy điện hạt nhân.
Năm 2013, lượng khí thải toàn cầu từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch để tạo ra điện lên tới 32 gigatonnes. Điều này bao gồm hydrocacbon và andehit, lưu huỳnh đioxit, oxit nitơ. Các nhà máy điện hạt nhân không tiêu thụ oxy, trong khi các nhà máy nhiệt điện sử dụng oxy để oxy hóa nhiên liệu và tạo ra hàng trăm nghìn tấn tro mỗi năm. Khí thải từ các nhà máy điện hạt nhân xảy ra trong những dịp hiếm hoi. Một tác dụng phụ của các hoạt động của họ là phát ra các hạt nhân phóng xạ, chúng phân rã trong vòng vài giờ.
“Hiệu ứng nhà kính” khuyến khích các quốc gia hạn chế lượng than và dầu đốt. Các nhà máy điện hạt nhân ở châu Âu hàng năm giảm được 700 triệu tấn khí thải CO2.
Tác động tích cực đến nền kinh tế.
Việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân tạo ra công ăn việc làm tại nhà máy và trong các ngành liên quan. Ví dụ, NPP Leningrad cung cấp cho các doanh nghiệp công nghiệp địa phương nước gia nhiệt và nước nóng. Trạm là nguồn cung cấp oxy y tế cho các cơ sở y tế và nitơ lỏng cho các doanh nghiệp. Cửa hàng kỹ thuật cung cấp nước sinh hoạt cho người tiêu dùng. Khối lượng sản xuất năng lượng từ các nhà máy điện hạt nhân liên quan trực tiếp đến sự tăng trưởng phúc lợi của khu vực.
Một lượng nhỏ chất thải nguy hại thực sự.
Nhiên liệu hạt nhân đã sử dụng là một nguồn năng lượng. Chất thải phóng xạ chiếm 5% lượng nhiên liệu đã sử dụng. Trong số 50 kg chất thải, chỉ có 2 kg cần lưu trữ lâu dài và cần cách ly nghiêm túc.
Các chất phóng xạ được trộn với thủy tinh lỏng và đổ vào bình chứa có thành thép hợp kim dày. Các thùng chứa bằng sắt đã sẵn sàng cung cấp kho lưu trữ các chất độc hại đáng tin cậy trong 200-300 năm.
Việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân nổi (FNPP) sẽ cung cấp điện giá rẻ cho các khu vực khó tiếp cận, bao gồm cả những khu vực dễ xảy ra động đất.
Các nhà máy điện hạt nhân rất quan trọng ở các vùng sâu vùng xa của Viễn Đông và Viễn Bắc, nhưng việc xây dựng các trạm cố định là không hợp lý về mặt kinh tế ở những vùng dân cư thưa thớt. Lối thoát sẽ là sử dụng các nhà máy nhiệt điện hạt nhân nổi nhỏ. FNPP "Akademik Lomonosov" đầu tiên trên thế giới sẽ được hạ thủy vào mùa thu năm 2019 trên bờ biển của Bán đảo Chukotka ở Pevek. Việc xây dựng một tổ máy điện nổi (FPU) đang được thực hiện tại Nhà máy đóng tàu Baltic ở St. Tổng cộng, dự kiến đưa vào hoạt động 7 FNPP vào năm 2020. Trong số những lợi thế của việc sử dụng các nhà máy điện hạt nhân nổi:
- cung cấp điện và nhiệt giá rẻ;
- thu được 40-240 nghìn mét khối nước ngọt mỗi ngày;
- không cần sơ tán khẩn cấp dân cư trong trường hợp xảy ra tai nạn tại PCCCR;
- tăng khả năng chống va đập của các tổ máy;
- một bước nhảy vọt tiềm năng trong sự phát triển nền kinh tế của các khu vực có FNPP.
Gửi dữ kiện của bạn
Nhược điểm của năng lượng hạt nhân
Chi phí xây dựng nhà máy điện hạt nhân cao.
Việc xây dựng một nhà máy điện hạt nhân hiện đại ước tính khoảng 9 tỷ USD. Theo một số chuyên gia, chi phí có thể lên tới 20-25 tỷ euro. Giá thành của một lò phản ứng, tùy thuộc vào công suất và nhà cung cấp, dao động từ 2-5 tỷ đô la. Con số này cao hơn 4,4 lần so với chi phí năng lượng gió và đắt hơn 5 lần so với năng lượng mặt trời. Thời gian hoàn vốn của nhà ga khá lớn.
Trữ lượng uranium-235, vốn được sử dụng bởi hầu hết các nhà máy điện hạt nhân, là rất hạn chế.
Trữ lượng uranium-235 sẽ tồn tại trong 50 năm. Việc chuyển sang sử dụng kết hợp uranium-238 và thorium sẽ cho phép chúng ta tạo ra năng lượng cho nhân loại trong một nghìn năm nữa. Vấn đề là uranium-235 là cần thiết để chuyển sang uranium-238 và thorium. Việc sử dụng tất cả các kho dự trữ uranium-235 sẽ khiến quá trình chuyển đổi không thể thực hiện được.
Chi phí sản xuất năng lượng hạt nhân vượt quá chi phí vận hành của các trang trại gió.
Các nhà nghiên cứu của Hội chợ Năng lượng đã trình bày một báo cáo chứng minh tính kinh tế của việc sử dụng năng lượng hạt nhân. 1 MWh được sản xuất bởi một nhà máy điện hạt nhân có giá cao hơn 60 bảng Anh (96 đô la) so với một lượng năng lượng tương tự do các cối xay gió tạo ra. Chi phí vận hành các trạm để tách nguyên tử là 202 bảng Anh (323 đô la) / 1 MW / giờ, cơ sở năng lượng gió - 140 bảng Anh (224 đô la).
Hậu quả nặng nề của tai nạn tại nhà máy điện hạt nhân.
Nguy cơ tai nạn tại các cơ sở tồn tại trong suốt vòng đời của lò phản ứng hạt nhân. Một ví dụ sinh động là vụ tai nạn tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, khiến 600 nghìn người bị tiêu diệt. Trong vòng 20 năm sau vụ tai nạn, 5.000 nhân viên thanh lý đã chết. Sông, hồ, đất rừng, các khu định cư nhỏ và lớn (5 triệu ha đất) đã trở nên không thể ở được. 200 nghìn km2 bị ô nhiễm. Vụ tai nạn khiến hàng nghìn người tử vong, số bệnh nhân ung thư tuyến giáp ngày càng gia tăng. Ở châu Âu, 10 nghìn trường hợp sinh ra trẻ bị dị tật sau đó đã được ghi nhận.
Sự cần thiết phải xử lý chất thải phóng xạ.
Mỗi giai đoạn phân tách của nguyên tử có liên quan đến sự hình thành chất thải nguy hại. Các kho chứa đang được xây dựng để cô lập các chất phóng xạ cho đến khi chúng phân hủy hoàn toàn, chiếm những khu vực rộng lớn trên bề mặt Trái đất, nằm ở những nơi xa xôi của các đại dương trên thế giới. 55 triệu tấn chất thải phóng xạ được chôn trên diện tích 180 ha ở Tajikistan có nguy cơ thoát ra môi trường. Tính đến năm 2009, chỉ có 47% chất thải phóng xạ từ các doanh nghiệp Nga ở trạng thái an toàn.
Ưu điểm của nhà máy điện hạt nhân so với các loại hình sản xuất năng lượng khác
Lợi thế chính- tính độc lập thực tế với các nguồn nhiên liệu do lượng nhiên liệu sử dụng ít, ví dụ, 54 tổ hợp nhiên liệu với tổng trọng lượng 41 tấn trên mỗi đơn vị điện với lò phản ứng VVER-1000 trong 1-1,5 năm (để so sánh, chỉ riêng Troitskaya GRES với công suất 2000 MW đốt cho ngày hai đoàn tàu than). Không giống như truyền thống, chi phí vận chuyển nhiên liệu hạt nhân là không đáng kể. Ở Nga, điều này đặc biệt quan trọng ở khu vực châu Âu, vì việc vận chuyển than từ Siberia quá đắt.
Một lợi thế rất lớn của nhà máy điện hạt nhân là tương đối sạch về môi trường. Tại các TPP, tổng lượng phát thải hàng năm của các chất độc hại, bao gồm lưu huỳnh đioxit, nitơ oxit, cacbon oxit, hydrocacbon, andehit và tro bay, trên 1000 MW công suất lắp đặt nằm trong khoảng từ 13.000 tấn / năm đối với khí đốt đến 165.000 đối với than nghiền thành TPP. . Không có phát thải như vậy tại các nhà máy điện hạt nhân. Nhà máy nhiệt điện công suất 1000 MW tiêu thụ 8 triệu tấn ôxy / năm cho quá trình ôxy hóa nhiên liệu, còn nhà máy điện hạt nhân hoàn toàn không tiêu tốn ôxy. Ngoài ra, một lượng phóng xạ (trên một đơn vị điện năng được sản xuất) cụ thể lớn hơn được tạo ra bởi một nhà máy nhiệt điện than. Than luôn chứa các chất phóng xạ tự nhiên, khi đốt than gần như hoàn toàn ra môi trường bên ngoài. Đồng thời, hoạt động cụ thể của phát thải từ các nhà máy nhiệt điện cao hơn nhiều lần so với các nhà máy điện hạt nhân. Ngoài ra, một số nhà máy điện hạt nhân loại bỏ một phần nhiệt cho nhu cầu sưởi ấm và cung cấp nước nóng của các thành phố, làm giảm tổn thất nhiệt không sinh ra, có những dự án hiện hữu và đầy hứa hẹn để sử dụng nhiệt "dư thừa" trong các tổ hợp năng lượng - sinh học (cá nuôi trồng, nuôi hàu, sưởi ấm trong nhà kính, v.v.). Ngoài ra, trong tương lai, có thể thực hiện các dự án kết hợp nhà máy điện hạt nhân với tuabin khí, bao gồm cả “cấu trúc thượng tầng” tại các nhà máy điện hạt nhân hiện có, có thể đạt được hiệu suất tương đương với nhà máy nhiệt điện.
Đối với hầu hết các quốc gia, bao gồm cả Nga, việc sản xuất điện tại các nhà máy điện hạt nhân không đắt hơn so với các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than và thậm chí còn hơn thế nữa, các nhà máy nhiệt điện khí-dầu. Lợi thế của các nhà máy điện hạt nhân về chi phí sản xuất điện là đặc biệt đáng chú ý trong cuộc khủng hoảng năng lượng được gọi là bắt đầu vào đầu những năm 1970. Giá dầu giảm tự động làm giảm khả năng cạnh tranh của các nhà máy điện hạt nhân.
Chi phí xây dựng một nhà máy điện hạt nhân tương đương với việc xây dựng một nhà máy nhiệt điện, hoặc cao hơn một chút.
Giá dầu giảm tự động làm giảm khả năng cạnh tranh của các nhà máy điện hạt nhân.
Nhược điểm chính của nhà máy điện hạt nhân- hậu quả nghiêm trọng của tai nạn, để tránh NPP được trang bị hệ thống an toàn phức tạp nhất với nhiều nguồn dự trữ và dự phòng, đảm bảo loại trừ sự cố chảy lõi ngay cả trong trường hợp xảy ra sự cố cơ sở thiết kế tối đa (đứt hoàn toàn cục bộ ngang của mạch tuần hoàn lò phản ứng đường ống dẫn).
Một vấn đề nghiêm trọng đối với các nhà máy điện hạt nhân là việc thanh lý chúng sau khi nguồn tài nguyên cạn kiệt, theo ước tính, nó có thể lên tới 20% chi phí xây dựng của chúng.
Vì một số lý do kỹ thuật, các NPP phải làm việc ở chế độ điều động, tức là che phủ phần thay đổi của lịch phụ tải điện là điều cực kỳ không mong muốn đối với các NPP.