Trung Quốc thiết kế lò phản ứng hạt nhân không cần nước làm mát đầu tiên trên thế giới

Theo báo Bưu điện Hoa Nam buổi sáng (Hong Kong, Trung Quốc), lò phản ứng muối nóng chảy sẽ được cung cấp năng lượng bằng thori lỏng thay vì urani, an toàn hơn các lò phản ứng hạt nhân truyền thống vì trong trường hợp rò rỉ, thori nóng chảy sẽ nguội đi và đông đặc nhanh chóng, rò rỉ ít bức xạ ra môi trường hơn. Quá trình xây dựng lò phản ứng thương mại đầu tiên sẽ hoàn thành vào năm 2030.

Các nhà nghiên cứu cho biết do lò phản ứng không sử dụng nước, nên có thể được triển khai ở các vùng sa mạc, cho phép các nhà khai thác tận dụng những không gian hoang vắng để cung cấp năng lượng cho dân cư đông đúc hơn. Chính phủ Trung Quốc đang lên kế hoạch xây dựng một số lò phản ứng trên sa mạc và đồng bằng ở miền trung và miền tây nước này.

Trung Quốc cũng cân nhắc xây lò phản ứng ở một số quốc gia theo thoả thuận trong sáng kiến Vành đai và Con đường bởi không giống như urani, thori không thể sử dụng để chế tạo vũ khí hạt nhân.

Giáo sư Yan Rui và các đồng nghiệp tại Viện Vật lý Ứng dụng Thượng Hải cho biết trong bài báo đăng trên tạp chí Kỹ thuật hạt nhân của Trung Quốc: “Các lò phản ứng quy mô nhỏ có lợi thế đáng kể về mặt hiệu quả, tính linh hoạt và kinh tế. Chúng có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch trong tương lai. Dự kiến, các lò phản ứng quy mô nhỏ sẽ được triển khai rộng rãi trong vài năm tới”.

Theo các nhà nghiên cứu, lò phản ứng muối nóng chảy cũng có ưu điểm là đa dụng, kích thước nhỏ và có tính linh hoạt cao, dễ dàng thiết kế. Trong những năm gần đây, tiềm năng của các lò phản ứng muối nóng chảy quy mô nhỏ đã thu hút sự chú ý của cộng đồng quốc tế.

Động lực quan trọng cho chương trình lò phản ứng muối nóng chảy đến từ tuyên bố của Chủ tịch Tập Cận Bình vào năm ngoái rằng Trung Quốc sẽ đạt mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2060.

Theo kế hoạch chính thức, các lò phản ứng ở phía tây dân cư thưa thớt của đất nước sẽ cung cấp nguồn điện sạch, ổn định cho khu đông dân cư kết hợp với các nhà máy điện gió và năng lượng Mặt Trời.

Khái niệm lò phản ứng chạy bằng muối lỏng thay vì nhiên liệu rắn đã xuất hiện từ những năm 1940. Trong thập kỷ sau đó, Mỹ đã bắt đầu chương trình thử nghiệm chế tạo một máy bay ném bom sử dụng công nghệ này. Vào những năm 1960, Mỹ đã xây dựng một cơ sở để thử nghiệm khả năng sản xuất điện của công nghệ, trong khi các nước như Pháp, Liên Xô cũ và Nhật Bản cũng triển khai các chương trình tương tự.

Ý tưởng này rất hấp dẫn vì nhiên liệu lỏng hoạt động như chất làm mát, giúp loại bỏ nhu cầu về nước, trong khi mức độ phóng xạ thấp hơn của thori sẽ làm giảm nguy cơ phổ biến hạt nhân hơn.

Tuy nhiên, các dự án trên đều thất bại vì chúng không thể giải quyết các vấn đề như đường ống rất dễ bị nứt vì bị ăn mòn bởi muối nóng chảy chứa phóng xạ. Song các nhà khoa học đã học hỏi được rất nhiều điều từ những thí nghiệm này và trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đã nhận được sự hỗ trợ ổn định từ Chính phủ Trung Quốc.

Năm 2011, Bắc Kinh đã phê duyệt kế hoạch xây dựng nguyên mẫu Lò phản ứng muối nóng chảy Thori (TMSR) ở Vũ Uy, thành phố sa mạc thuộc tỉnh Cam Túc. Các nhóm nghiên cứu trên khắp đất nước đã được huy động để giải quyết các vấn đề kỹ thuật gây khó khăn cho những thất bại trước đó, như phát triển hợp kim có thể chịu được bức xạ từ muối thori ở nhiệt độ gần 1.000 độ C.

Mặc dù tiến độ của dự án bị chậm trễ so với kế hoạch, một phần do đại dịch COVID-19, quá trình xây dựng TMSR sẽ hoàn thành vào tháng tới và quá trình chạy thử thiết bị có thể bắt đầu vào đầu tháng 9/2021.

Tuy nguyên mẫu chỉ có khả năng sản xuất 2 megawatt, nhưng nếu thành công, đây sẽ là lần đầu tiên lý thuyết này được áp dụng vào thực tế. Lò phản ứng thương mại do ông Yan và các đồng nghiệp thiết kế có thể tạo ra công suất lên tới 100 megawatt, ít hơn lò phản ứng urani nhưng vẫn đủ cung cấp năng lượng cho khu dân cư 100.000 dân.

Dù một nhà máy điện cần các thiết bị khác như tuabin hơi nước, nhưng lò phản ứng sẽ chỉ cao 3 mét và rộng 2,5 mét, tương đương kích thước của một phòng tắm.

Nó hoạt động bằng cách đưa thori chảy qua lò phản ứng, tham gia vào phản ứng chuỗi hạt nhân và truyền nhiệt ra bên ngoài máy tạo hơi nước, trước khi quay lại lò phản ứng để bắt đầu một chu kỳ mới. Công nghệ này an toàn hơn so với công nghệ hạt nhân truyền thống vì trong trường hợp xảy ra sự cố, muối nóng chảy sẽ đổ xuống bể chứa dưới lòng đất.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “Do nhiệt độ nóng chảy cao, muối nóng chảy sẽ nhanh chóng nguội đi và đông đặc lại mà không giải phóng trực tiếp chất rắn và lỏng, qua đó ngăn chặn sự rò rỉ phóng xạ vào môi trường”.

Trung Quốc hiện có nguồn dự trữ thori lớn nhất thế giới, một kim loại ánh bạc có tính phóng xạ yếu. Theo một số tính toán, trữ lượng này đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của đất nước trong ít nhất 20.000 năm. Trong khi đó, nước này lại có trữ lượng urani ít nhất so với bất kỳ quốc gia có năng lực hạt nhân nào. Dù khoảng 7 - 8 nhà máy hạt nhân mới sẽ bắt đầu đi vào hoạt động trong vài năm tới, Bắc Kinh ngày càng lo ngại tình trạng thiếu hụt có thể ảnh hưởng đến an ninh năng lượng của đất nước.