(hieuhoc_hieuhoc.com) Lò phản ứng hạt nhân hoạt động ra sao? Nóng chảy hạt nhân là gì? Điều gì xảy ra khi thanh nhiên liệu nóng chảy một phần? Hiện nước biển đang được bơm vào trong lò phản ứng, nhưng điều gì sẽ xảy ra sau cuộc chiến chống thảm họa ở nhà máy điện hạt nhân…
Lò phản ứng hạt nhân hoạt động ra sao?
1.Lò phản ứng được đặt trong một lồng chứa bằng bê tông và sắt dày 2 mét.
2.100 thanh nhiên liệu uranium và plutonium bọc kẽm được đặt cạnh nhau tạo ra nhiệt độ cao.
3.Nhiệt độ cao làm sôi nước, tạo ra hơi nước làm quay các turbine và tạo ra điện.
4.Lò phản ứng được kiểm soát hoặc ngừng hoạt động bằng cách nhúng những thanh kim loại hấp thụ neutron từ các thanh năng lượng.
Nóng chảy hạt nhân là gì?
Hiện tượng nóng chảy của các thanh nhiên liệu hạt nhân khi nhiệt độ trong lõi của lò phản ứng tăng lên mức quá cao được gọi là “nóng chảy hạt nhân”. Tuy nhiên, đây không phải là thuật ngữ chính thức của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế.
Các thanh nhiên liệu hạt nhân đang nóng chảy một phần trong hai hoặc ba lò phản ứng của nhà máy Fukushima Dai-ichi của Nhật Bản. Nóng chảy hạt nhân thường xảy ra khi hệ thống làm lạnh không thể đưa nước tới lõi của lò phản ứng – nơi chứa các thanh nhiên liệu.
Trong những điều kiện bình thường, các thanh nhiên liệu UO2 được đặt trong nước để nhiệt độ trong thanh không đạt tới ngưỡng nóng chảy. Nước được bơm liên tục qua lõi của lò phản ứng. Nhưng nếu nước không được bơm với tốc độ đủ lớn, nó sẽ nóng rất nhanh do nhận lượng nhiệt lớn. Khi nhiệt độ đạt tới ngưỡng sôi, nước sẽ bốc hơi.
“Do nước sôi, mực nước trong lò phản ứng sẽ giảm. Khi mực nước tụt xuống dưới đỉnh của các thanh nhiên liệu, các thanh sẽ nóng lên. Nếu thanh nhiên liệu nhô ra khỏi nước khoảng một giờ, urani bắt đầu nóng chảy. Trong trường hợp nước bốc hơi hết, mọi thanh nhiên liệu trong lò phản ứng sẽ nóng chảy”, Bertadono giải thích.
Nếu các thanh nhiên liệu quá nóng, đến mức khoảng hơn 800 độ C, lớp vỏ bọc bằng kẽm có thể vỡ.
Ở nhiệt độ 1090 độ C, hơi nước sẽ gây ra áp lực cực lớn lên lồng chứa.
Ở nhiệt độ 1870 độ C, các thanh nhiên liệu và lớp vỏ bọc sẽ tan chảy và rơi xuống đáy lồng chứa. Đây chính là hiện tượng tan chảy.
Bằng cách bơm nước biển vào lò phản ứng khi hệ thống làm lạnh không hoạt động, các chuyên gia kỹ thuật của nhà máy Fukushima Dai-ichi muốn ngăn chặn hiện tượng nóng chảy toàn bộ các thanh nhiên liệu. Tuy nhiên, các thanh nhiên liệu đã tan chảy một phần.
Trong kịch bản tồi tệ nhất, lồng chứa nổ tung và các thanh nhiên liệu đã nóng chảy thành chất khí, sẽ bay khắp nơi trong không khí.
Điều gì xảy ra khi thanh nhiên liệu nóng chảy một phần?
“Khi nhiên liệu hạt nhân nóng chảy, các sản phẩm của phản ứng phân rã hạt nhân sẽ thoát khỏi lõi lò và xâm nhập vào bể nén. Sau đó chúng thoát ra ngoài bể nén nếu nước rò rỉ ra khỏi bể”, Taiwo Temipote, một nhà nghiên cứu hạt nhân của Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Mỹ, nói.
Tất nhiên, sau khi thoát ra khỏi bể nén, chất phóng xạ vẫn phải vượt qua một “cửa ải” nữa để phát tán ra ngoài. Đó là lớp vỏ bọc bằng kim loại bao quanh lò phản ứng. Lớp vỏ này được thiết kế để ngăn chặn sự phát tán của chất phóng xạ. Nếu lớp vỏ này bị hư hại hoặc phá hủy bởi một vụ nổ bên trong hoặc bên ngoài, tình hình sẽ trở nên nghiêm trọng.
Ngay sau trận động đất, các lò phản ứng tại Fukushima, và nhiều lò khác, lập tức tự động ngừng hoạt động. Các thanh vật liệu đặc biệt có chức năng hấp thụ neutron, được đẩy vào giữa các dàn nhiên liệu, làm ngừng các phản ứng tạo năng lượng. Nhưng các phản ứng không phải là nguồn sinh năng lượng duy nhất bên trong lò: khi nhiên liệu hạt nhân cháy, nó tạo ra các nguyên tố mới và chính các nguyên tố này cũng sinh ra rất nhiều năng lượng khi chúng phân rã phóng xạ. Vì vậy, tạo thành một phần nhiệt lượng tuy nhỏ nhưng đáng kể của các nguyên tố này, và chẳng cách gì để làm nó ngừng lại.
Như vậy, nếu không được làm mát khẩn cấp, nhiệt độ tại lò phản ứng sẽ tăng lên. Khi điều này xảy ra, lượng nước còn lại bên trong lò sẽ bốc hơi, làm tăng áp suất trong lò.
Cuộc chiến chống thảm họa
Hiện nước biển đang được bơm vào trong lò phản ứng, nhưng có vẻ như không đủ để làm nguội các thanh nhiên liệu. Một trở ngại nữa của cuộc chiến là không thể sử dụng người trực tiếp tiếp xúc với lò phản ứng, vì nguy cơ nhiễm xạ là quá cao.
Khi nhiệt độ lên tới khoảng 1000 độ C, lớp vỏ thanh nhiên liệu làm bằng hợp kim zirconium sẽ bị nóng chảy hoặc nứt vỡ. Nhiệt lượng thoát ra kết hợp với hơi nước tạo thành hydro, vốn có khả năng gây cháy nổ cao.
Mối nguy thực tế nhất là từ nhiên liệu nóng chảy. Nếu đáy lò tích đủ nhiên liệu nóng chảy, nó có thể cháy xuyên qua lớp vỏ bảo vệ lò. Trong kịch bản xấu nhất, nhiên liệu sẽ tích tụ tạo thành một khối lớn xung quanh dàn nhiên liệu. Những nhiên liệu thoát ra ngoài sẽ tự động phản ứng với nhau sinh ra năng lượng, một cách hoàn toàn ngoài vòng kiểm soát của con người. Nếu điều này xảy ra, nó sẽ dẫn đến một vụ nổ hạt nhân toàn diện.
Điều gì sẽ tới?
Rất khó dự đoán. Trong kịch bản tốt nhất, nhiên liệu được làm nguội, tình hình đi vào ổn định. Nhưng cần lưu ý rằng không cách gì có thể làm tắt nhiệt lượng âm ỷ bên trong các lò phản ứng. Ngoại trừ trường hợp nhiên liệu được chuyển đi chỗ khác, mà điều này là không khả thi lúc này, nếu không người ta sẽ phải nỗ lực làm nguội lò trong vài tuần để ngăn chặn thảm họa. Thậm chí sau khi nguy cơ nổ đã qua đi, việc tháo dỡ lò phản ứng sẽ còn phải tiếp tục trong vài thập kỷ.
Theo: (Nature News/VNE/TTO)
