Năm 2017, Trung Quốc sẽ có nhà máy điện hạt nhân "miễn nhiễm" với tai nạn

Sự cố tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima trong năm 2011 đã trở ký ức khó quên của người dân Nhật Bản sau khi các lò phản ứng của nó xảy ra hiện tượng nóng chảy hạt nhân tại các lò phản ứng của nó khiến cho các chất phóng xạ tràn ra khu vực xung quanh.

Sự kiện này đã tạo ra một mối lo ngại không nhỏ đối với các nhà máy hạt nhân trên thế giới khi vấn đề nóng chảy hạt nhân sẽ trở thành thảm họa nếu không thể ngăn chặn nó. Chính vì vậy, các nhà khoa học Trung Quốc đã thông báo việc họ sẽ khánh thành một nhà máy điện "miễn nhiễm" với các nguy cơ xảy ra hiện tượng nóng chảy hạt nhân.

Cụ thể, nhà máy này bao gồm một bộ lò đôi với công suất mỗi lò đạt 105 MW dựa trên thiết kể lò phản ứng nền sỏi làm mát bằng khí heli. Điểm nổi trội của công trình này là nó không hề phụ thuộc vào một hệ thống làm mát phức tạp giống như Fukushima khi mà thảm họa năm 2011 đã chứng minh ràng nó không hề hiệu quả như người ta vẫn nghĩ.

Về mặt lý thuyết, nó sẽ không bao giờ đạt tới nhiệt độ cần thiết để xảy ra hiện tượng nóng chảy hạt nhân. Vậy hiện tượng nóng chảy hạt nhân là gì? Đây một thuật ngữ chỉ một vụ tai nạn lò phản ứng hạt nhân nghiêm trọng dẫn đến việc lõi của lò phản ứng bị chảy ra do quá nóng. Đây không phải là thuật ngữ chính thức của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế hoặc của Ủy ban Điều chỉnh Hạt nhân Hoa Kỳ.

Tuy nhiên, nó được định nghĩa là sự tan chảy của lõi của một lò phản ứng hạt nhân và được sử dụng thông thường để đề cập đên việc sụp đổ một phần hay toàn bộ lõi lò phản hứng hạt nhân. Hiện tượng nóng chảy của các thanh nhiên liệu hạt nhân khi nhiệt độ trong lõi của lò phản ứng tăng lên quá cao gọi là "nóng chảy hạt nhân". Nhiệt độ nóng chảy của các thanh nhiên liệu uranium dioxide (UO2) là 2.865 độ C.

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 và khiến cho 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, uranium bắt đầu nóng chảy. Trong trường hợp nước bốc hơi hết, tất cả các thanh nhiên liệu trong lò phản ứng sẽ nóng chảy.

Các thanh nhiên liệu bị nóng chảy sẽ dẫn tới các sản phẩm của phản ứng phân rã hạt nhân sẽ thoát khỏi lò và xâm nhập vào bể nén và có thể thoát ra ngoài bể nén nếu nước bị rò rỉ khỏi bể. Bên ngoài bể nén vẫn còn một lớp vỏ kim loại ngăn chặn rò rỉ phóng xạ, tuy nhiên lớp vỏ này có thể bị phá hủy do các vụ nổ bên trong hoặc bên ngoài lò phản ứng khiến chất phóng xạ bị phát tán ra ngoài.

Ông Zhang Zuoyi, giám đốc Viện nghiên cứu Hạt nhân và công nghệ năng lượng mới Trung Quốc, cho biết nhà máy này nằm tại tỉnh Sơn Đông, phía nam Bắc Kinh. Hiện tại, mọi công đoạn xây dựng cơ bản đã được hoàn tất và đội ngũ quản lý đã sẵn sàng cho một cuộc thử nghiệm kéo dài 18 tháng trước khi nhà máy đi chính thức đi vào hoạt động vào tháng 11/2017.

Theo dự kiến, nếu nhà máy này hoạt động ổn định thì nó sẽ là phiên bản thương mại đầu tiên của kiểu lò phản ứng nền sỏi - công nghệ này có nguồn gốc từ Đức cách đây vài thập kỷ. Chính vì lẽ đó, chính phủ Trung Quốc cũng đã lên kế hoạch bán thiết kế của lò phản ứng dạng này cho Arab Saudi. Việc sử dụng khí heli để làm mát thay vì nước sẽ giữa nhiệt độ lò luôn ổn định ở mức 950 độ C, thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của các viên sỏi nhiên liệu được làm từ than chì bọc UO2.

Thực tế, than chì đã được các nhà khoa học nhận định rằng có khả năng bảo vệ các viên bi UO2 bên trong kể cả khi nhiệt độ trong lò phản ứng tăng cao 1 cách đột ngột - một lợi thế không nhỏ so với nhà máy Fukushima hay Chernobyl trước kia trong việc đối phó với tình trạng nóng chảy hạt nhân. Thậm chí, nếu nhiệt độ tăng quá cao so thì tốc độ phản ứng sẽ chậm lại và dẫn tới việc lò phản ứng không sản sinh thêm nhiệt, từ đó ta sẽ có một quy trình tự làm mát của những viên bi nhiên liệu to bằng quả bóng tennis.

Bên cạnh đó, việc gói UO2 vào bên trong vỏ bọc than chì sẽ hạn chế được nguy cơ rò rỉ chất thải phóng xạ và những viên bi này sẽ trở nên thân thiện với môi trường hơn sau khi trải qua một quy trình xử lý đặc biệt. Đây có thể coi là một bước tiến lớn của các nhà khoa học Trung Quốc.

Ngoài ra, đại diện tập đoàn SGL Carbon đến từ Đức - nhà cung cấp than chì chính thức cho dự án này - cho biết thực tế giá thành những viên bi nhiên liệu là không hề rẻ so với kiểu lò sử dụng các thanh UO2 trần. Mặc dù vậy, nếu Trung Quốc có thể thành công trong việc đưa kiểu lò này thành một phiên bản thương mại mà ai cũng có thể mua được thì sẽ là một bước tiến lớn đối với lĩnh vực năng lượng sạch trong bối cảnh vấn đề biến đổi khí hậu đang trở nên nghiêm trọng hơn bao giờ hết.

Với mục tiêu cắt giảm nguồn nhiên liệu hóa thạch hiện nay, dự án này cùng với kỷ lục năng lượng nhiệt hạch tạo ra plasma ở nhiệt độ 50 triệu độ C trong thời gian 102 giây trước đó, các nhà khoa học Trung Quốc đã cho thấy những bước tiến đáng ghi nhận của quốc gia này trong vấn đề tuân thủ theo Thỏa thuận chống biến đổi khí hậu Paris mới được ký kết cách đây ít lâu.

Tham khảo ScienceAlert