Những nhà máy điện hạt nhân đầu tiên

- Chính nhu cầu cao hơn về một nguồn điện năng dồi dào, giá rẻ, hạn chế chất thải ô nhiễm ra môi trường và bầu khí quyển ở mức tối đa nhất, đã khiến các nhà khoa học thế giới tiến hành các chương trình nghiên cứu để biến năng lượng hạt nhân phục vụ cho mục đích hoà bình.

Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên là của nhà nước Xô Viết

Thế giới lần đầu tiên biết tới cái tên “điện hạt nhân” kể từ ngày 27/6/1954, khi Đài Tiếng nói nước Nga khiến các thính giả không chỉ trong nước mà khắp thế giới bất ngờ trước thông tin: “Ở Liên Xô, nhờ những nỗ lực chung của các nhà khoa học và các kỹ sư, nhà máy năng lượng nguyên tử đầu tiên trên thế giới đã được xây dựng xong, với sản lượng điện 5.000 kw”.

Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên của thế giới.

Nhà máy này được xây dựng ở Obininsk một cách bí mật tới nỗi ngay cả những người công nhân xây dựng cũng không biết mình đang xây cái gì. Khi khánh thành, nó được mang tên chính thức là “Nhà máy Năng lượng Nguyên tử Đầu tiên”. Nó đã hoạt động từ đó cho tới tận năm 2002 mới ngừng do đã quá xuống cấp.

Tuy nhiên, trước đó, chính nước Mỹ mới là quốc gia thử nghiệm sản xuất thành công điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới. Ngày 20/12/1951, 4 chiếc bóng điện đầu tiên được thắp sáng bằng điện sản xuất tại lò phản ứng hạt nhân thực nghiệm EBR-I tại thành phố Arco (Idaho, Mỹ), với công suất ban đầu đạt khoảng 100 kw .

Sau chiến tranh, chính quyền Mỹ khuyến khích phát triển năng lượng hạt nhân cho các mục đích hoà bình. Quốc hội Mỹ đã thành lập Uỷ ban Năng lượng Nguyên tử (AEC) vào năm 1946 và AEC đã được uỷ quyền xây dựng Lò Tái sinh Thực nghiệm I (EBR-I). Nhưng tới tận năm 1957, nhà máy điện hạt nhân ở Shippingport, Pennsylvania mới đi vào hoạt động với công suất thiết kế trọn vẹn.

Theo tổ chức Hạt nhân quốc tế, trong suốt thập niên 1980, trên thế giới trung bình cứ 17 ngày lại có một lò phản ứng hạt nhân mới được đưa vào hoạt động, và tỷ lệ đó tăng lên thành mức 5 ngày vào năm 2015.

Năm 2005, năng lượng hạt nhân cung cấp 2,1% nhu cầu năng lượng của thế giới và chiếm khoảng 15% sản lượng điện thế giới. Trong khi đó chỉ tính riêng các quốc gia là  Mỹ, Pháp và Nhật Bản, điện hạt nhân chiếm khoảng 56,5% tổng nhu cầu về điện năng của cả 3 nước này.

Mỹ vẫn là quốc gia có số lượng nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động nhiều nhất trên thế giới. Trong năm 1991, nó chiếm tới 1/4 số lượng các nhà máy đang hoạt động của thế giới và cung cấp gần 22% nhu cầu về điện cho nước Mỹ.

Theo thống kê của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử quốc tế IAEA, hiện nay có khoảng 440 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động trên thế giới thuộc 32 quốc gia, đáp ứng hơn 17% tổng nhu cầu năng lượng của nhân loại. Dự báo tới năm 2050, thế giới sẽ cần phải có trên 1.300 lò phản ứng hạt nhân.

Mô hình một nhà máy điện hạt nhân kiểu mẫu

Cơ cấu tổ chức của một nhà máy điện hạt nhân cơ bản gồm 2 khu vực riêng biệt là nhà máy nguyên tử và nhà máy tuốc bin:

Nhà máy nguyên tử

Bên trong nhà máy này có chứa lò phản ứng hạt nhân và nồi súp de, máy bơm và các dàn máy nạp nhiên liệu uranium. Lò nguyên tử thường được xây dạng hình ống, với các bức tường bằng thép inox dày tới hơn 2 tấc để nó có khả năng chịu được nhiệt độ cao và áp suất mạnh. Xuyên qua những bức tường thép là hàng trăm ống kim loại có chứa các bó uranium để gây phản ứng hạt nhân tạo ra nhiệt lượng.

Mô hình nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên trên thế giới dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2012

Nước nặng cũng được bơm qua những ống kim loại này để chuyển nhiệt lượng sinh ra tới nồi súp de. Nhiệt độ đó có thể lên tới 3.000 độ C. Nhiệt sẽ đun sôi nước thường lên 260 độ C và hơi nước sinh ra sẽ được chuyển tới khu vực tuốc bin để chạy máy phát điện. Tất cả chu trình trên đều được vận hành một cách tự động và cô lập với thế giới bên ngoài.

Bên ngoài lò kim loại được bao bọc bằng cấu trúc bêtông cốt sắt từ nửa thước trở lên, giúp nó có độ cứng và độ bền cao nhất để vẫn nguyên vẹn trong các cơn chấn động, các trận đánh bom khủng bố và máy bay rơi.

Dưới mái vòm là một bể nước khổng lồ luôn sẵn sàng để làm nguội lò nhanh chóng khi có sự cố ngoài tầm kiểm soát xảy ra. Nhân viên ra vào các khu vực này bị hạn chế tối đa. Cửa ra vào hai lớp chắc chắn và kín hơi. Có trang phục bảo hộ và máy kiểm tra nồng độ phóng xạ cho các nhân viên.

Những bó nhiên liệu uranium qua thời gian sử dụng không còn hiệu quả nữa sẽ trở thành cặn bã phóng xạ. Khi đó nó sẽ được máy tự động rút ra cho vào các thùng phuy bằng chì dày, kín mít có tác dụng phòng tránh phát tán. Các bã phóng xạ này được ngâm trong một bể nước lớn chứa nước nặng (deuterium) một thời gian đủ lâu cho tới khi nồng độ phóng xạ hạ tới mức an toàn. Lúc đó những thùng phuy chứa rác này sẽ được đem chôn dưới những chiếc hố bằng bê tông cốt sắt nằm sâu dưới đất, kín mít và an toàn tuyệt đối.

Nhà máy tuốc bin

Nhà máy tuốc bin là khu vực chứa ít nguy hiểm hơn bởi nó được cô lập với khu vực nguyên tử và không có nguy cơ bị nhiễm phóng xạ. Các nhân viên có thể ra vào thoải mái như những nhà máy thuỷ điện hay nhiệt điện bình thường khác. Trong nhà máy này có chứa tuốc bin hơi nước và các máy phát điện đồ sộ.

Khu vực này chủ yếu gồm các thiết bị máy móc giúp trao đổi nhiệt, các máy bơm nước khổng lồ, nồi ngưng hơi để ngưng đọng hơi nước thành nước để bơm ngược trở lại nồi súp de. Bên ngoài là những tháp làm mát đồ sộ với mục đích làm nguội nước cho nồi ngưng hơi. Nó là khu vực sản xuất điện bằng nguyên tắc tuốc bin hơi nước.

Trong khu vực này chủ yếu là các đường ống hơi nước chạy khắp nơi. Nó được bọc len cách nhiệt cùng với các thiết bị trao đổi nhiệt năng suất cao, tránh thất thoát điện ở mức tối thiểu, tránh bị xì hơi hay rò rỉ.

Các nhà máy điện nguyên tử thường được lựa chọn xây dựng ở những khu vực xa dân cư, xa khu du lịch nhưng lại phải gần đường vận chuyển và gần nguồn nước dồi dào, để có thể đảm bảo an toàn về nguy cơ lây nhiễm phóng xạ và nguồn cung cấp nước cho nhà máy hoạt động. Nguyên tắc thiết kế luôn đặt vấn đề an toàn làm trọng tâm hàng đầu.

Hầu hết các nhà máy điện hạt nhân từ trước tới giờ đều được xây dựng trên mặt đất. Nhưng trong tương lai, nó không còn phải hạn chế về mặt địa lý như thế nữa. Ngày 18/5/2009, một nhà máy điện ở xưởng đóng tàu Baltiysky Zavod thuộc thành phố St. Petersburg của Nga công bố về việc họ đang tiến hành xây dựng một nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên trên thế giới.

Dự án này trị giá 303 triệu đô la theo hợp đồng ký với Tập đoàn Năng lượng Nguyên tử quốc gia Nga, dự kiến sẽ được hoàn thành vào quý IV năm 2012. Mô hình này sẽ phù hợp với các nước muốn có một nguồn năng lượng ổn định ở các khu vực xa xôi. Hiện có rất nhiều quốc gia trên thế giới, kể cả các nước phát triển đang theo dõi sự thành công của người Nga trong dự án này.

Nguyễn Hường (tổng hợp)