Phân hạch hạt nhân là quá trình quan trọng trong lĩnh vực vật lý hạt nhân và năng lượng hạt nhân nó đi kèm với việc giải phóng lượng lớn năng lượng. Cụ thể như thế nào? Mời các bạn cùng chuyên mục khám phá tìm hiểu qua bài viết dưới đây

Phản ứng phân hạch hạt nhân là gì?

• Phản ứng phân hạch hạt nhân đề cập đến việc tách ra hạt nhân của một nguyên tử để tạo ra các nguyên tố nhẹ hơn trong quá trình phân rã.
• Mặc dù quá trình này có thể xảy ra tự nhiên với một số nguyên tố nặng như thorium và uranium trong các đồng vị, nhưng thường chỉ diễn ra khi một neutron va chạm với hạt nhân với sức va đập cần thiết.

Sự tăng tụ đột ngột tạo nên sự bất ổn định trong hạt nhân với khối lượng proton và neutron, khiến chúng dễ dàng vỡ thành các hạt nhân nhỏ hơn hoặc sản phẩm phân rã, đồng thời giải phóng thêm nhiều neutron tự do, cùng với việc phát ra các photon có năng lượng cao dưới dạng bức xạ gamma.

Phân hạch hạt nhân được sử dụng như thế nào 

Bắt đầu từ những năm 1930, các nhà khoa học đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm đẩy nguyên tử bằng các hạt nhân để xác định các mô hình phân hạch đồng vị của các nguyên tố nặng như uranium, vốn mang trong mình khả năng tạo ra nguồn năng lượng vô cùng khổng lồ.

Theo lý thuyết:

• Uranium-235 được coi là đặc biệt tiềm năng trong việc phân hạch, đặc biệt khi các neutron được đẩy vào hạt nhân của nó với tốc độ chậm.
• Các neutron phát ra trong quá trình phân hạch có khả năng phá vỡ các nguyên tử U-235 lân cận, nhưng để kích hoạt quá trình dây chuyền này, cần phải có mật độ U-235 tương đối cao, được nén lại với nhau, thường gọi là khối lượng tới hạn của nguyên liệu.

Cuối những năm 1930, các nhà vật lý đã tìm ra cách để làm giảm tốc độ của neutron, từ đó làm giàu hỗn hợp các đồng vị của uranium từ các nguồn tự nhiên để tạo ra một lượng đủ lớn của U-235.

Họ cũng đã phát triển phương pháp kiểm soát quá trình dây chuyền để đảm bảo rằng số lượng neutron phát ra tăng theo cấp số nhân nhưng vẫn nằm trong tầm kiểm soát, không gây ra một phản ứng chuỗi không kiểm soát.

Trong thập kỷ tiếp theo:

• Công nghệ phân hạch hạt nhân đã được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất vũ khí hạt nhân cực mạnh.
• Sau Chiến tranh thế giới thứ II, sự chú ý của các nhà khoa học đã dịch chuyển sang việc sử dụng quá trình phân hạch hạt nhân để tạo ra điện.
• Tương tự như cách hơi nước từ nồi hơi đốt nhiên liệu hóa thạch có thể quay các bộ phận của động cơ phát điện, hơi nước từ nồi hơi nguyên tử cũng có thể được sử dụng để tạo ra điện.

Tiến bộ về công nghệ tiếp tục nâng cao hiệu quả và độ an toàn của quá trình này. Hiện nay, trên khắp thế giới có khoảng 440 nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động, cung cấp khoảng 10% tổng sản lượng điện năng thế giới.

Trong bối cảnh việc sản xuất 60% năng lượng điện toàn cầu từ các nguồn nhiên liệu gây ra khí nhà kính, đe dọa tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu, sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân trở thành một phương án tương đối thú vị.

Tuy nhiên, với những chi phí đáng kể, chúng ta cần thận trọng khi xem xét việc chuyển đổi mạnh mẽ hơn sang việc sử dụng nguồn năng lượng này.

Năng lượng hạt nhân đi kèm với những vấn đề gì?

Thách thức khi sử dụng năng lượng hạt nhân xuất phát từ ba lĩnh vực chính: xử lý chất thải, nguy cơ rủi ro và chi phí.

• Đối với vấn đề chất thải, trong những năm gần đây, một trong những mối lo ngại lớn là mức độ phát ra của chất thải, chứa các đồng vị có thể tồn tại hàng nghìn năm trước khi phóng xạ giảm xuống mức gần bằng với tỷ lệ phóng xạ từ quặng ban đầu chứa các đồng vị này.
• Về phần nguy cơ rủi ro, thế giới đã chứng kiến một thảm họa sau khi xảy ra tai nạn kỹ thuật tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl ở Ukraina vào năm 1986. Nhà máy bị hỏng hoàn toàn, tạo thành một khu vực nhiễm xạ nguy hiểm giữa trung tâm của một vùng lãnh thổ.
• Nguy cơ này không chỉ tác động trực tiếp đến sức khỏe mà còn ảnh hưởng tới tâm lý xã hội và tâm sinh lý của cư dân, như Tổ chức Y tế Thế giới đã lên tiếng. Những người dân phải sơ tán ở Fukushima phải đối mặt với việc mất nhà cửa và công việc, sự phá vỡ của các mối quan hệ gia đình và xã hội, và sự kỳ thị từ xung quanh.
• Về phần chi phí, các nhà nghiên cứu sử dụng thuật ngữ “chi phí cào bằng điện” (LCOE) để so sánh chi phí sản xuất điện. Tuy chi phí này biến đổi theo nhiều yếu tố như địa điểm và biến đổi của nguồn lực, nhưng vẫn có thể đưa ra một so sánh toàn cầu tương đối.

Theo Báo cáo về Ngành điện hạt nhân thế giới năm 2020, LCOE của năng lượng hạt nhân đã tăng đột ngột, tăng 26% trong giai đoạn từ 2009 đến 2019, lên mức 155 đô la Mỹ (khoảng 3,6 triệu đồng) cho mỗi megawatt giờ sản xuất điện.

Trong khi đó, chi phí của than giảm 2% xuống còn 109 đô la Mỹ (khoảng 2,5 triệu đồng), điện mặt trời chỉ với 41 đô la Mỹ (khoảng 940 nghìn đồng), và điện gió cũng đã giảm và sánh ngang với điện mặt trời.

Xem thêm: Bão mặt trời là gì? Bão mặt trời khủng khiếp như thế nào?

Xem thêm: Điểm danh những ngôi sao đẹp nhất vũ trụ

Hy vọng với những chia sẻ của chúng tôi về phân hạch hạt nhân sẽ mang đến cho bạn đọc những thông tin hữu ích nhất