Phản ứng phân hạch: lợi và hại?



Cập nhật lúc
23/03/2011 11:00:00 AM
(GMT+7)



Phản ứng phân
hạch và nhiệt hạch hạt nhân được xem là hai phát minh có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn lớn lao nhất trong lịch sử phát triển khoa học và công
nghệ hạt nhân nhân loại, thế kỷ 20.

Đáp ứng mối quan tâm của độc giả đang theo dõi các sự cố xảy ra với nhà
máy điện hạt nhân Fukushima ở Nhật bản, chúng tôi sẽ lần lượt giới thiệu
tóm tắt nội dung của các phản ứng nói trên và một số vấn đề liên quan
khác.

Phản ứng phân hạch hạt nhân là một quá trình, trong đó một hạt nhân của
nguyên tố nặng (như U, Th hay Pu…) phân chia thành hai hoặc nhiều hạt
nhân nhẹ hơn (gọi là mãnh vỡ), đồng thời phát ra 2-3 hạt neutron (n).
Quá trình này xảy ra tự phát hoặc do tác động, chẳng hạn, bởi một hạt
neutron tự do. Các mãnh vỡ là các hạt nhân phóng xạ. phát ra các bức xạ
như tia gamma γ, hạt beta β, hạt alpha α...

Chính những neutron mới sinh lại tiếp tục gây ra sự phân chia mới ở
những hạt nhân lân cận trong khối nhiên liệu. Do mỗi lần phân chia có
khoảng 2-3 hạt neutron phát ra, nên số hạt nhân phân chia mỗi lúc một
tăng lên. Quá trình phân hạch được duy trì và tăng lên nói trên có tên
gọi là phản ứng dây chuyền.

Mô tả sự phân hạch hạt nhân uranium.

Hình vẽ 1 mô tả một phản ứng phân hạch cụ thể xảy ra trong thanh nhiên
liệu của lò phản ứng: hạt n (có thể tự phát bay ra từ một hạt nhân U nào
đó) hấp thụ bởi hạt nhân U235 và tạo thành hạt nhân hợp phần U236. Hạt
nhân mới này không bền và tự phát phân chia thành hai mảnh – hai hạt
nhân mới Kr92 và Ba141 và các hạt neutron.

Phản ứng phân hạch là một phản ứng có lợi về mặt năng lượng, tức hầu như
không tốn năng lượng cung cấp cho “viên đạn” neutron đầu tiên, nhưng
phát ra nhiều năng lượng, đó là động năng của các mảnh vỡ và các hạt
neutron mới sinh ra, tiếp theo là năng lượng của các bức xạ alpha, beta,
gamma…

Trong lò phản ứng, động năng nói trên sẽ biến thành nhiệt lượng nung
nóng khối nhiên liệu. Chính nhiệt lượng này làm cho dòng nước làm mát lò
nóng lên và tạo hơi nước để quay tuốc bin máy phát điện.

Phân hạch, rõ ràng là một phản ứng có “lãi” lớn về mặt năng lượng. Quả
vậy, nhiệt lượng phát ra khi phân hạch 1 gam nhiên liệu uranium bằng
nhiệt lượng do đốt cháy 10 - 100 tấn nhiên liệu than đá!

Trong lò phản ứng hạt nhân, nhiệt lượng phát ra trong hai giai đoạn:

a/ Trong quá trình phân hạch hạt nhân, khi lò chạy, nhiệt phát ra trong
thanh nhiên liệu, chủ yếu, dưới dạng động năng của các mãnh phân chia và
của cả hạt neutron, làm cho thanh nhiên liệu nóng lên. Chính dòng nước
luân chuyển qua lò phản ứng có hai chức năng, vừa làm mát lò để bảo vệ
lò an toàn và vừa chuyển nhiệt ra ngoài để vận hành tuôc bin phát điện.

b/ Khi lò dừng, các hạt nhân - mảnh vỡ vẫn tiếp tục phân rã phóng xạ,
phát ra các bức xạ alpha, beta và nhất là gamma làm nóng thanh nhiên
liệu, dù đã ngừng phản ứng phân hạch.

Chính vì lý do này, trong nhà máy điện hạt nhân Fukushima hiện nay, khi
các hệ làm mát bị tê liệt, các thanh nhiên liệu nằm trong lò phản ứng
(đã tự động ngưng hoạt động khi xảy ra động đất) và cả các thanh nhiên
liệu đã qua sử dụng đang cất giữ trong các kho chứa vẫn không ngừng nóng
lên. Nếu không khắc phục được sự cố đó, các thanh nhiên liệu sẽ nóng
lên đến một hai ngàn độ và có thể bị tan chảy.

Hệ làm mát lò phản ứng (đường màu xanh là đường ống dẫn nước làm mát).

Rõ ràng, phản ứng phân hạch đã khởi nguồn sinh ra các hệ luỵ gây hậu quả
hạt nhân nghiêm trọng cho con người ở Three Mile Irland (Mỹ), Chernobyl
(Ukraine) và giờ đây ở Phukushima (Nhật bản). Phản ứng phân hạch còn là
“thủ phạm” làm phát nổ khối Uranium và Plutonium trong hai quả bom
nguyên tử (còn gọi là bom A), huỷ diệt các thành phố của đất nước Nhật
Bản, Hiroshima và Nagasaki, năm 1945.

Nhưng, mặt khác, cũng phản ứng phân hạch, với vai trò không thể thay thế
được trong hơn 440 lò phản ứng ở 30 nước trên thế giới và đóng góp trên
17% tổng điện năng toàn cầu, đang có cống hiến lớn lao cho hạnh phúc và
phồn vinh của loài người. Vì vậy, nhà bác học thiên tài Albert Einstein
rất đúng, khi nói: Năng lượng nguyên tử là món quà lớn nhất mà giới vật
lý tặng nhân loại trong thế kỷ hai mươi.

Lợi và hại. Phản ứng phân hạch, hay năng lượng hạt nhân nguyên tử nói
chung, quả là có cả hai mặt - lợi và hại. Trách nhiệm con người là phải
hạn chế mặt tác hại và mở rộng mặt ích lợi của nó.


Với điều này chúng ta phải đặt ra thắc mắc: Tại sao các nước không sử dụng phản ứng "NHIỆT HẠCH", đây là một phản ứng mà năng lượn trên một đơn vị khối lượng hạt nhân toả ra cao gấp 5,123 lần so với phản ứng phân hạch. Và hơn thế nữa, nguyên liệu cho phản ứng nhiệt hạch lại có sẵn trong tự nhiên-có thể xem là vô tận (D2O có sẵn trong nước biển-0,015% nước biển, mà nước biển thì vô tận.
TRong lúc nguyên liệu cho phản ứng phân hạch lại là quặng Uranium, quặng này sẽ cạn kiệt dần.
* xét về mức độ nguy hiểm với con người và moi trường:
-Phản ứng phân hạch tạo ra các chất phóng xạ mà đến thười điểm này con người vẫn chưa tìm ra cách sử dụng các phóng xạ này, vì vậy nó là chất thải với môi trường và gây nguy hiểm cho bất kì sinh vật (động vật, thực vật, con người,...) chạm phải nó.
-Phản ứng nhiệt hạch thì lại khác, ngoài nguồn nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên thì phản ứng này cho ra nhiều năng lượng hơn phản ứng phân hạch. Phản ứng này tạo ra sản phẩm là khí He (Heli) khí này vô hại với con người và môi trường (đây là lọai khí trơ về mặt hoá học). Sẽ không có chuyện xảy ra như đối với người dân Nhật Bản sau thảm hoạ nếu dùng loại phản ứng nhiệt hạch thay cho phân hạch!
-chipcoiga-