Giúp tôi với

Dưới đây là lời giải chi tiết các ý trong câu hỏi về nhà máy điện hạt nhân cỡ nhỏ của công ty NuScale: --- **Đề bài tóm tắt:** - Công suất phát điện: \( P = 50 \, MW = 5 \times 10^7 \, W \) - Nhiên liệu làm giàu đến 60% \( ^{235}U \) - Khối lượng nhiên liệu nạp vào: \( m \) - Khối lượng tham gia phản ứng luôn bằng khối lượng tới hạn \( m_h \) - Sản lượng điện trong 1 năm: \( E = 438 \times 10^6 \, kWh \) - Hiệu suất phát điện: \( \eta = 75\% = 0.75 \) - Năng lượng phán hạch trung bình: 200 MeV/phân hạch - Một năm khối lượng nhiên liệu nạp vào gần bằng 4,3 tấn --- **a) Khối lượng nhiên liệu đưa vào lò \( m \) luôn bằng khối lượng tới hạn \( m_h \)** Phản ứng dây chuyền trong lò phản ứng được điều khiển để khối lượng nhiên liệu tham gia phản ứng luôn giữ ở mức khối lượng tới hạn \( m_h \) để phản ứng duy trì ổn định, không bị bùng nổ hoặc tắt ngắt. Như vậy: \[ m = m_h \] Đây là nguyên tắc cơ bản đảm bảo sự ổn định của phản ứng dây chuyền trong lò hạt nhân. --- **b) Năng lượng phản ứng dây chuyền chuyển hóa thành nhiệt dùng cho máy phát điện** Trong phản ứng phân hạch, mỗi phân hạch giải phóng năng lượng khoảng 200 MeV, chủ yếu dưới dạng động năng của các hạt nhân con, neutron và bức xạ gamma. Động năng này khi va chạm với nhiên liệu và môi trường sẽ chuyển thành nhiệt năng. Nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ nước, tạo thành hơi nước, vận hành tuabin và máy phát điện. Do đó: - Năng lượng phân hạch chuyển hóa thành nhiệt năng - Nhiệt năng được dùng để vận hành máy phát điện --- **c) Sản lượng điện trong 1 năm (365 ngày) là 438 triệu kWh** Ta tính lại công suất dựa trên sản lượng điện năm: \[ E = 438 \times 10^6 \, kWh \] Thời gian trong một năm: \[ t = 365 \times 24 = 8760 \, \text{giờ} \] Công suất trung bình thực tế phát ra điện: \[ P_{\text{thực}} = \frac{E}{t} = \frac{438 \times 10^6}{8760} \approx 50 \times 10^3 \, kW = 50 \, MW \] Điều này phù hợp với công suất thiết kế ban đầu của nhà máy. --- **d) Tính khối lượng nhiên liệu tiêu hao trong một năm** Cho hiệu suất phát điện \(\eta = 0.75\), tức là 75% năng lượng nhiệt chuyển thành điện năng, 25% mất đi dưới dạng nhiệt dư. Năng lượng điện tạo ra trong 1 năm: \[ E_{\text{điện}} = 438 \times 10^6 \, kWh = 438 \times 10^6 \times 3.6 \times 10^6 \, J = 1.5768 \times 10^{15} \, J \] Năng lượng nhiệt tạo ra thực tế: \[ E_{\text{nhiệt}} = \frac{E_{\text{điện}}}{\eta} = \frac{1.5768 \times 10^{15}}{0.75} = 2.1024 \times 10^{15} \, J \] Năng lượng một phân hạch: \[ Q = 200 \, MeV = 200 \times 1.6 \times 10^{-13} \, J = 3.2 \times 10^{-11} \, J \] Số phân hạch trong một năm: \[ N = \frac{E_{\text{nhiệt}}}{Q} = \frac{2.1024 \times 10^{15}}{3.2 \times 10^{-11}} \approx 6.57 \times 10^{25} \, \text{phân hạch} \] Khối lượng một hạt nhân \(^{235}U\): \[ m_{U} = 235 \times 1.66 \times 10^{-27} = 3.9 \times 10^{-25} \, kg \] Tổng khối lượng nhiên liệu đã phân hạch: \[ m = N \times m_U = 6.57 \times 10^{25} \times 3.9 \times 10^{-25} = 25.6 \, kg \] Như vậy, để tạo ra sản lượng điện 438 triệu kWh, khối lượng \(^{235}U\) phân hạch là khoảng 25.6 kg. Tuy nhiên nhiên liệu làm giàu chỉ 60% \(^{235}U\), còn lại là \(^{238}U\) không tham gia phản ứng. Để tính khối lượng nhiên liệu nạp vào: \[ m_{\text{nhiên liệu}} = \frac{25.6}{0.6} = 42.7 \, kg \] Vậy 42.7 kg nhiên liệu làm giàu 60% để tạo ra 25.6 kg hạt nhân phân hạch. Nhưng thực tế nhà máy dùng khoảng 4.3 tấn nhiên liệu mỗi năm (4,300 kg), lớn hơn nhiều so với lượng tính toán trên. Nguyên nhân: - Nhiên liệu không được sử dụng hoàn toàn (không phân hạch hết) - Cần bổ sung nhiên liệu mới do hao hụt và không đạt hiệu suất 100% - Nhiên liệu \(^{238}U\) chiếm nhiều khối lượng, không phân hạch trực tiếp --- **Tóm tắt đáp án:** a) Khối lượng nhiên liệu nạp vào lò phản ứng luôn bằng khối lượng tới hạn \( m = m_h \) để duy trì phản ứng dây chuyền ổn định. b) Năng lượng phân hạch chủ yếu là động năng hạt nhân con, chuyển hóa thành nhiệt năng cung cấp cho máy phát điện. c) Nhà máy phát ra điện với sản lượng 438 triệu kWh trong 1 năm, tương ứng công suất phát điện khoảng 50 MW. d) Với hiệu suất phát điện 75%, năng lượng phân hạch 200 MeV/phân hạch, khối lượng nhiên liệu nạp vào gần 4,3 tấn/năm, trong đó chỉ khoảng 25.6 kg là \(^{235}U\) phân hạch trực tiếp, phần còn lại là nhiên liệu dự trữ và không phân hạch. --- Nếu bạn cần giải thích thêm hay giải các câu hỏi chi tiết khác, hãy cho biết nhé!