Năng lượng hạt nhân là phương pháp tạo ra điện bằng cách khai thác năng lượng giải phóng từ việc phân tách các nguyên tử, một quá trình được gọi là phân hạch hạt nhân. Công nghệ này đóng một vai trò then chốt trong cơ cấu năng lượng của thế giới, cung cấp nguồn điện mạnh mà không phát thải trực tiếp khí nhà kính. Hiểu các nguyên tắc cơ bản, hoạt động và tác động của nó sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về chức năng và sự liên quan của nó trong xã hội hiện đại.
Phản ứng phân hạch hạt nhân xảy ra khi hạt nhân nguyên tử tách thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn, cùng với sự giải phóng năng lượng. Quá trình này có thể được bắt đầu khi một hạt nhân bắt giữ neutron. Ví dụ đơn giản nhất liên quan đến uranium-235 ( \(^{235}\) U), một đồng vị xuất hiện tự nhiên. Khi \(^{235}\) U hấp thụ neutron, nó trở nên không ổn định và phân tách thành hai nguyên tử nhỏ hơn (sản phẩm phân hạch), cùng với hai hoặc ba neutron nữa và một lượng năng lượng lớn. Phương trình dưới đây minh họa một phản ứng phân hạch hạt nhân đơn giản:
\({}^{235}U + n \rightarrow {}^{92}Kr + {}^{141}Ba + 3n + \textrm{Năng lượng}\)
Năng lượng giải phóng này được khai thác để tạo ra điện trong các nhà máy điện hạt nhân.
Nhà máy điện hạt nhân hoạt động theo nguyên tắc sử dụng nhiệt sinh ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân để tạo ra hơi nước, sau đó làm quay tua-bin nối với máy phát điện. Các thành phần cốt lõi tham gia vào quá trình này là lò phản ứng, hệ thống làm mát, máy tạo hơi nước, tuabin và máy phát điện.
Năng lượng hạt nhân mang lại một số lợi ích, bao gồm mật độ năng lượng cao, lượng khí thải nhà kính thấp trong quá trình vận hành và độ tin cậy. Tuy nhiên, nó cũng đặt ra những thách thức như quản lý chất thải phóng xạ, nguy cơ phổ biến hạt nhân và khả năng xảy ra tai nạn thảm khốc.
Nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng và chất thải phóng xạ khác do các nhà máy điện hạt nhân tạo ra đòi hỏi phải xử lý, xử lý và lưu trữ lâu dài một cách cẩn thận. Các kỹ thuật quản lý chất thải hạt nhân bao gồm xử lý địa chất, nơi chất thải được chôn sâu dưới lòng đất và tái xử lý để thu hồi nhiên liệu có thể sử dụng được.
Nhiều quốc gia sử dụng năng lượng hạt nhân như một phần quan trọng trong cơ cấu năng lượng của họ, bao gồm Hoa Kỳ, Pháp, Trung Quốc và Nga. Đặc biệt, Pháp nổi bật vì có được một tỷ lệ điện năng đáng kể từ năng lượng hạt nhân, cho thấy tiềm năng của công nghệ này trong việc giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Mặc dù các nhà máy điện hạt nhân thải ra lượng khí nhà kính tối thiểu trong quá trình vận hành nhưng vòng đời của năng lượng hạt nhân, bao gồm khai thác, xử lý nhiên liệu và quản lý chất thải, đều góp phần gây ra tác động đến môi trường. Giải quyết đúng đắn những khía cạnh này là rất quan trọng để giảm thiểu dấu chân sinh thái của năng lượng hạt nhân.
Năng lượng hạt nhân vẫn là một thành phần quan trọng trong bối cảnh năng lượng toàn cầu, cung cấp nguồn điện công suất cao, ít carbon. Sự phát triển và triển khai của nó, cân bằng với các cân nhắc về an toàn, quản lý chất thải và bảo vệ môi trường, tiếp tục cung cấp lộ trình hướng tới các giải pháp năng lượng bền vững.
