Lò phản ứng hạt nhân là gì? Nguyên tắc hoạt động như thế nào

1. Thế nào là lò phản ứng hạt nhân?

Lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị để khởi động, thực hiện và kiểm soát phản ứng hạt nhân. Trong thực tế có hai loại chính.

Lò phản ứng hạt nhân phát sinh năng lượng nhiệt, là lò duy trì và kiểm soát phản ứng dây chuyền hạt nhân ổn định xảy ra trong khối nhiên liệu hạt nhân, nhằm thu được năng lượng dạng nhiệt. Đây là loại phổ biến, đến mức lò phản ứng hạt nhân thường được hiểu là loại lò này.

Công tác vận hành trong lò phản ứng hạt nhân

Lò phản ứng hạt nhân dùng trong nghiên cứu khoa học hoặc chế tạo đồng vị. Các cơ sở chế tạo đồng vị phóng xạ thực hiện phản ứng trong lò này, rồi tách chiết ra những đồng vị phóng xạ rồi đóng gói, cung cấp nguồn phóng xạ cho các nhu cầu khoa học đo lường, y tế... khác nhau.

Tại Việt Nam hiện có 1 lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu kiểu IVV-9, đặt tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt. Các lò phát năng lượng đang trong kế hoạch xây dựng tại các nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận.

2. Nguyên tắc hoạt động

Cũng như các nhà máy điện thông thường tạo ra điện bằng cách khai thác năng lượng nhiệt từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, các lò phản ứng hạt nhân biến đổi năng lượng nhiệt phát ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân.

Nhiên liệu hạt nhân là các đồng vị có khả năng thực hiện phản ứng hạt nhân sinh nhiệt. Trong ứng dụng thực tế hiện nay chỉ có urani 235, urani 233 và plutoni 239 là đồng vị có khả năng xảy ra phản ứng phân hạch hạt nhân kiểm soát được để tạo phản ứng dây chuyền. Phản ứng tổng hợp deuteri→heli sinh nhiệt cao, nhưng chưa kiểm soát được.

Tự nhiên đã tạo ra lò phản ứng hạt nhân từ 2 tỉ năm trước

Lò phản ứng hạt nhân phát nhiệt thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho nhà máy phát điện và một số tàu ngầm tàu sân bay tàu phá băng Điều này thường thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt từ phản ứng hạt nhân để sinh hơi nước làm quay tuabin hơi nước.

Trong tự nhiên tại các mỏ urani các điều kiện sinh quặng có thể ngẫu nhiên tạo ra vùng nhất định trong tầng quặng urani có hàm lượng đủ giàu và khối lượng đủ lớn để phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì xảy ra, tạo ra lò phản ứng phân hạch hạt nhân tự nhiên. Phản ứng dây chuyền hạt nhân đã duy trì trong một vài trăm ngàn năm, đến khi hàm lượng urani 235 giảm xuống dưới mức khả dĩ để duy trì phản ứng