Tìm hiểu về điện hạt nhân và vai trò phát triển năng lượng

Trong cuộc đua toàn cầu hướng tới mục tiêu Net Zero và đảm bảo an ninh năng lượng, điện hạt nhân đang quay trở lại tâm điểm của mọi cuộc tranh luận. Đây là nguồn năng lượng duy nhất vừa có khả năng cung cấp điện ổn định, công suất lớn 24/7, vừa hoàn toàn không phát thải khí nhà kính (CO2) trong quá trình vận hành.

Tuy nhiên, nó cũng đi liền với những lo ngại sâu sắc về an toàn. Vậy bản chất thực sự của điện hạt nhân là gì? Hãy cùng DAT Group phân tích một cách khách quan và toàn diện trong bài viết này.

1. Khái niệm điện hạt nhân và nhà máy nhiệt điện hạt nhân là gì ?

Để hiểu rõ vai trò của nó, trước tiên chúng ta cần làm rõ hai khái niệm cốt lõi: năng lượng hạt nhân và nhà máy điện hạt nhân.

1.1. Điện hạt nhân là gì ?

Điện hạt nhân (Nuclear Power) là điện năng được tạo ra từ năng lượng hạt nhân. Nguồn năng lượng này được giải phóng từ hạt nhân của nguyên tử, cụ thể là thông qua một quá trình gọi là phản ứng phân hạch hạt nhân (nuclear fission).

Quá trình này xảy ra khi hạt nhân của một nguyên tử nặng, thường là Uranium-235 (U-235) hoặc Plutonium-239, bị một hạt neutron bắn vào. Hạt nhân này sẽ vỡ ra thành các hạt nhân nhỏ hơn, đồng thời giải phóng một nguồn năng lượng khổng lồ dưới dạng nhiệt, cùng với các neutron mới. 

Các neutron mới này tiếp tục bắn vào các hạt nhân khác, tạo ra một phản ứng dây chuyền có kiểm soát, duy trì việc sinh nhiệt liên tục.

1.2. Nhà máy nhiệt điện hạt nhân là gì ?

Nhà máy nhiệt điện hạt nhân (Nuclear Power Plant – NPP) về cơ bản là một nhà máy nhiệt điện. Điểm khác biệt cốt lõi của nó so với nhà máy nhiệt điện than hay khí là ở nguồn cung cấp nhiệt.

• Nhà máy nhiệt điện than: Đốt than để đun sôi nước.
• Nhà máy nhiệt điện hạt nhân: Dùng nhiệt từ phản ứng phân hạch để đun sôi nước.

Phần còn lại của nhà máy hoạt động tương tự:

1. Nhiệt lượng khổng lồ từ lò phản ứng được dùng để đun nước.
2. Nước biến thành hơi nước ở áp suất cực cao.
3. Hơi nước này được dẫn đi làm quay các cánh quạt của tuabin.
4. Tuabin kết nối với máy phát điện, làm máy phát quay và tạo ra điện.

Do đó, các tháp làm mát lớn mà bạn thường thấy ở nhà máy hạt nhân chỉ thải ra hơi nước sạch, không phải khói độc như nhà máy than.

2. Lịch sử phát triển điện hạt nhân toàn cầu [1]

Kỷ nguyên năng lượng nguyên tử là một hành trình đầy thăng trầm, phản ánh cả những đột phá khoa học vĩ đại lẫn những lo ngại sâu sắc của xã hội.

Những năm 1930 – 1940: Khám phá khoa học Lịch sử bắt đầu từ các phòng thí nghiệm. 

Năm 1938, Otto Hahn và Lise Meitner phát hiện ra hiện tượng phân hạch hạt nhân.

Năm 1942, nhà vật lý Enrico Fermi và nhóm của ông tại Đại học Chicago đã tạo ra lò phản ứng hạt nhân nhân tạo có kiểm soát đầu tiên, chứng minh rằng năng lượng từ nguyên tử có thể được giải phóng một cách bền vững.

Những năm 1950 – 1960: “Nguyên tử vì hòa bình” – Kỷ nguyên vàng sau thế chiến II, thế giới bắt đầu khám phá tiềm năng hòa bình của năng lượng hạt nhân.

• 1954: Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên hòa vào lưới điện quốc gia là nhà máy Obninsk (Liên Xô), với công suất nhỏ 5 MW.
• 1956: Nhà máy điện hạt nhân quy mô thương mại đầu tiên, Calder Hall (Anh), bắt đầu hoạt động.
• 1957: Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA) được thành lập để thúc đẩy và giám sát việc sử dụng năng lượng hạt nhân an toàn. Giai đoạn này chứng kiến sự lạc quan và xây dựng ồ ạt các nhà máy trên toàn thế giới, đặc biệt là ở Mỹ, châu Âu và Liên Xô.

Những năm 1970 – 1980: Những cảnh báo đầu tiên và thảm họa Sự lạc quan bắt đầu suy giảm khi các vấn đề về an toàn và rác thải trở nên rõ ràng hơn.

• 1979: Sự cố Three Mile Island (Mỹ): Một phần lõi lò phản ứng bị nóng chảy. Mặc dù sự rò rỉ ít, nhưng lại gây nên ám ảnh cho công chúng Mỹ. 
• 1986: Thảm họa Chernobyl (Liên Xô/Ukraine): Đây là tai nạn hạt nhân tồi tệ nhất lịch sử. Một cuộc thử nghiệm an toàn sai lầm đã dẫn đến một vụ nổ lò phản ứng, giải phóng lượng phóng xạ khổng lồ ra một vùng rộng lớn ở châu Âu. 

Những năm 1990 – 2000: Đến đầu thế kỷ 21, lo ngại về biến đổi khí hậu và nhu cầu về các nguồn năng lượng sạch, ổn định đã khiến nhiều quốc gia xem xét lại điện hạt nhân.

Năm 2011: Thảm họa Fukushima Daiichi (Nhật Bản) Một trận động đất và sóng thần kinh hoàng đã làm hỏng hệ thống làm mát của nhà máy Fukushima, dẫn đến nóng chảy ba lõi lò phản ứng. 

Những năm 2020 đến nay: Sự trở lại vì Net Zero và An ninh Năng lượng Bối cảnh hiện tại đã thay đổi. Cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu và áp lực phải đạt Net Zero vào năm 2050 đã buộc các chính phủ phải thực tế hơn. Năng lượng tái tạo rất sạch nhưng không ổn định.

3. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện hạt nhân

Hầu hết các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới hiện nay là loại lò phản ứng nước áp lực (Pressurized Water Reactor – PWR). Chúng hoạt động dựa trên 3 vòng tuần hoàn nước riêng biệt để đảm bảo an toàn tối đa.

Vòng 1: Vòng tuần hoàn sơ cấp (Vòng phóng xạ)

• Lõi lò phản ứng (Reactor Core): Đây là trái tim của nhà máy, chứa các thanh nhiên liệu làm từ Uranium đã được làm giàu.
• Chất tải nhiệt (Coolant): Nước được bơm qua lõi lò phản ứng để hấp thụ nhiệt. Nước này được giữ ở áp suất cực cao để nó không bị sôi, dù nhiệt độ lên tới hơn 300°C.
• An toàn: Toàn bộ vòng tuần hoàn này là một hệ thống khép kín và có nhiễm xạ, được đặt bên trong một cấu trúc bảo vệ bằng thép và bê tông dày.

Vòng 2: Vòng tuần hoàn thứ cấp (Tạo hơi nước)

• Lò hơi (Steam Generator): Nước siêu nóng từ Vòng 1 được bơm qua hàng ngàn ống nhỏ bên trong lò hơi. Nhiệt lượng từ các ống này được truyền sang một nguồn nước riêng biệt ở Vòng 2.
• Tạo hơi nước: Nước ở Vòng 2 hấp thụ nhiệt, sôi lên và biến thành hơi nước ở áp suất cao.
• An toàn: Nước ở Vòng 2 không tiếp xúc trực tiếp với nước ở Vòng 1, do đó nó không bị nhiễm xạ.

Vòng 3: Vòng tuần hoàn làm mát (Tạo điện)

• Tuabin và máy phát điện: Hơi nước sạch từ vòng 2 được dẫn qua các đường ống khổng lồ, làm quay tuabin. Tuabin quay máy phát điện để tạo ra điện, hòa vào lưới điện quốc gia.
• Hệ thống ngưng tụ: Sau khi đi qua tuabin, hơi nước nguội đi, ngưng tụ thành nước lỏng.
• Tháp làm mát: Để quá trình ngưng tụ hiệu quả, cần một nguồn nước lạnh (từ Vòng 3). Nước này thường được lấy từ sông, hồ, hoặc biển. Sau khi hấp thụ nhiệt từ hệ thống ngưng tụ, nước sẽ được bơm đến các tháp làm mát khổng lồ để hạ nhiệt trước khi quay trở lại hệ thống hoặc xả ra môi trường.

Kiểm soát phản ứng như thế nào? Bên trong lõi lò phản ứng, ngoài các thanh nhiên liệu, còn có các thanh điều khiển. Các thanh này có khả năng hấp thụ neutron.

• Để tăng công suất, các thanh điều khiển được kéo ra khỏi lõi, cho phép nhiều neutron va chạm hơn.
• Để giảm công suất, các thanh điều khiển được đẩy vào sâu hơn, hấp thụ bớt neutron.
• Để dừng lò (dập lò) khẩn cấp, các thanh điều khiển được thả rơi tự do hoàn toàn vào lõi, hấp thụ gần hết neutron và dừng phản ứng dây chuyền ngay lập tức.

4. Khác biệt so với các loại điện khác

Không có nguồn năng lượng nào là hoàn hảo. Mỗi loại đều có vai trò riêng, được thể hiện rõ nhất qua bảng so sánh dưới đây.

5. Ưu và nhược điểm của năng lượng hạt nhân

Đánh giá về điện hạt nhân luôn chia làm hai phe rõ rệt, bởi nó sở hữu những ưu điểm vĩ đại đi kèm với những nhược điểm chí mạng.

5.1. Ưu điểm

Dưới đây là một số ưu điểm nổi bật của điện hạt nhân: 

• Nguồn điện sạch, không phát thải CO2: Trong quá trình vận hành, nhà máy điện hạt nhân không thải ra bất kỳ loại khí nhà kính nào (CO2, Methane), cũng như là ô nhiễm không khí.
• Công suất lớn và ổn định (Điện nền): Một tổ máy hạt nhân có thể có công suất 1.000 – 1.600 MW và hoạt động liên tục ở 90-95% công suất thiết kế. 
• Hiệu suất nhiên liệu cực cao: Năng lượng chứa trong hạt nhân là vô cùng đậm đặc. Một viên nhiên liệu Uranium nén có thể cung cấp năng lượng tương đương gần 1 tấn than đá.
• An ninh năng lượng quốc gia: Cần một lượng nhiên liệu rất nhỏ (so với than hoặc khí) để vận hành trong thời gian dài (18-24 tháng mới phải thay nhiên liệu). 

5.2. Nhược điểm 

Với nhiều ưu điểm nổi bật, nhưng tuy nhiên vẫn sẽ có những khuyết điểm khi sử dụng điện hạt nhân:

• Rác thải phóng xạ (Radioactive Waste): Các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng vẫn còn khả năng phóng xạ cực mạnh và nguy hiểm trong hàng chục ngàn đến hàng trăm ngàn năm. 
• Rủi ro tai nạn thảm khốc: Mặc dù xác suất xảy ra tai nạn ở các lò phản ứng hiện đại là cực kỳ thấp, nhưng nếu nó xảy ra hậu quả sẽ là thảm họa trên diện rộng.
• Chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX) khổng lồ: Xây dựng một nhà máy điện hạt nhân cực kỳ tốn kém (hàng chục tỷ USD) và mất rất nhiều thời gian (10-15 năm). 

6. Năng lượng điện hạt nhân có ảnh hưởng tiêu cực với môi trường và sức khỏe con người hay không?

Đây là câu hỏi cốt lõi gây tranh cãi nhất. Câu trả lời là: “Có, nhưng không phải theo cách mà đa số mọi người nghĩ”.

Với môi trường: 

Nhà máy điện hạt nhân cực kỳ thân thiện với môi trường không khí. Chúng không phát thải CO2, SOx, NOx, bụi mịn. So với một nhà máy điện than, điện hạt nhân giúp cứu sống hàng ngàn người mỗi năm khỏi các bệnh về hô hấp do ô nhiễm không khí.

Với sức khỏe: 

Các nhà máy hiện đại được thiết kế với nhiều lớp bảo vệ. Lượng phóng xạ rò rỉ ra môi trường trong quá trình vận hành bình thường là cực kỳ nhỏ, thấp hơn nhiều so với liều phóng xạ mà chúng ta nhận tự nhiên hàng ngày. 

7. Lợi ích của điện hạt nhân trong bối cảnh hiện nay

Tại sao nhiều quốc gia vẫn quyết tâm theo đuổi điện hạt nhân, bất chấp rủi ro?  Vì lợi ích của nó đang trở nên lớn hơn bao giờ hết: 

• Vũ khí then chốt để đạt mục tiêu Net Zero: Thế giới đã cam kết giảm phát thải về 0. Năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời là tuyệt vời.
• Đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia: Cuộc khủng hoảng giá năng lượng năm 2022 đã cho thấy sự nguy hiểm của việc phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu.
• Đối tác hoàn hảo cho năng lượng tái tạo: Điện hạt nhân và NLTT không phải là đối thủ, mà là đối tác. NLTT cung cấp phần lớn điện năng khi có thể và điện hạt nhân cung cấp phần nền ổn định còn lại
• Sự trỗi dậy của công nghệ mới (SMRs): Các lò phản ứng Module Nhỏ (Small Modular Reactors – SMRs) là một thế hệ công nghệ mới. 

Điện hạt nhân là một công nghệ mang tính hai mặt rõ rệt: một bên là nguồn năng lượng sạch, mạnh mẽ và ổn định, một bên là rủi ro thảm họa và gánh nặng rác thải ngàn năm.

Không có con đường dễ dàng nào để phát triển năng lượng bền vững. Trong bối cảnh thế giới vừa phải vật lộn với biến đổi khí hậu, vừa phải đảm bảo an ninh năng lượng, điện hạt nhân, với tất cả những ưu và nhược điểm của nó, đang được xem xét lại như một lựa chọn khó khăn nhưng có thể là tất yếu. 

DAT Group đơn vị cung cấp giải pháp năng lượng sạch, tìm hiểu ngay hôm nay tại: https://datsolar.com/ 

Nguồn tham khảo: 

[1] Nội, H. (n.d.). PHÁT TRIỂN ĐIỆN HẠT NHÂN TRÊN THẾ GIỚI. Retrieved November 6, 2025.