HẠT NHÂN THẾ KỶ 21

 

Hạt nhân thế kỷ 21

90B

   HAI KHUYNH HƯỚNG NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN CHỦ ĐẠO TRÊN THẾ GIỚI TRONG THẾ KỶ 21.

Để xây dựng một tư duy lâu dài và hợp lý choVN trong vấn đề NLHN (Năng lượng hạt nhân), ta cần biết thế giới đã có những phát triển và khuynh hướng nào trong tương lai về NLHN? 

I  /  Trên thế giới

Trước khi đi vào hiện trạng NLHN ta trở lại một chút về lịch sử phát triển các LPƯ (Lò phản ứng).Xem hình 1.

  Hình 1 . Tại gốc ta có hai nhánh chính :các LPU sử dụng uranium thiên nhiên và uranium làm giàu. Sự phối hợp giữa hai nhánh LPU làm chậm bằng chì và tải nhiệt bằng khí mở đường cho các LPU nhiệt độ cao. Một vài nhánh đã « tuyệt chủng »: NUGG vì lý do kinh tế, RBMK vì lý do an toàn.

Trên hình 1 ta thấy rõ các LPƯ trong tương lai (2040) sẽ là các LPƯ thuộc thế hệ IV .

Hai tài liệu đáng tham khảo về vấn đề NLHN thế kỷ 21 là:

Năng lượng hạt nhân thế kỷ 21: khả năng và thách thức ,Akos Horvath and Elisabeth Rachlew[1] & Nuclear Power in Asia,Piere Darriulat [2].

Như chúng ta biết năng lượng hạt nhân là thân thiện với  môi trường. Song nhiều vấn đề nan giải đã đặt ra cho NLHN nên tổng NLHN đã suy giảm từ năm 1993.Đức có kế hoạch đóng cửa các NMĐHN vào năm 2022.

Trong khi đó nhu cầu điện năng lại gia tăng cho nên ĐHN vẫn giữ một vị trí nhất định trong cán cân điện năng thế giới (năm 2013 ĐHN chiếm 11% tổng điện năng với 440 NMĐHN (Nhà máy điện hạt nhân) trong 30 nước.

 Hiện nay có 65 NMĐHN đang được xây dựng chủ yếu ở châu Á (TQ,Hàn quốc, Ấn độ) và Nga,Slovakia, Pháp và Phần Lan.

Nếu quan tâm đến một tương lai ta cần chú ý hai vấn đề sau.

A  / GEN IV (LPƯ –Lò phản ứng thế hệ IV)

Năm 2001 Diễn đàn GIF  hay còn được gọi là GEN IV gồm các nước :Argentina, Brazil, Canada, Pháp, Nhật, Hàn quốc, Nam Phi, Thụy sĩ , Anh, Mỹ, the European Union,…đã đề ra ý tưởng về 6 loại LPU cho tương lai đến: SFR, LFR, SCWR, VHTR,GFR &MSR.

Các LPƯ thế hệ IV (hiệu suất lớn,ít chất thải phóng xạ) được hình thành trong khuôn khổ GIF ( Generation IV International Forum)

và INPRO (International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles)được EU chú trọng đặc biệt trong 3 dự án

Astrid sodium-cooled fast reactor (SFR)-Pháp

Allegro gas-cooled fast reactor (GFR)- Đông Âu & Trung ÂU

MYRRHA lead-cooled fast reactor (LFR) –Bỉ.

Trong các dự án này vấn đề HLW (High Level Waste) được nghiên cứu giải quyết một cách khoa học (một phần nhỏ chủ yếu lưu trữ trong các tầng địa chất, phần lớn được giải quyết trong quá trình tái xử lý nhiên liệu và chuyển hóa-transmutation).

Quá trình phân chia và chuyển hóa (Partitioning and transmutation processes) nhằm tách và tái xử lý các artinides kể cả các artinides nhỏ (minor actinides ) từ nhiên liệu đã cháy và HLW. Tái xử lý các artinides nhỏ cho phép không những sử dụng hiệu quả nguồn nhiên liệu mà còn giảm thiểu chất thải bằng cách đốt cháy phần lớn các đồng vị phóng xạ dài ngày.

B  /  Tổng hợp hạt nhân (nhiệt hạch)

Nguyên lý sản năng lượng nhiệt hạch là phản ứng tổng hợp hạt nhân (ở nhiệt độ cao,109độ K=1.000.000.000 độ C+273,5):

    Các nghiên cứu tổng hợp hạt nhân ( fussion) nhằm mục đích đạt đến một nguồn năng lượng bền vững cho nhân loại trong nhiều thế kỷ .

Có phải các nghiên cứu tổng hợp hạt nhân sẽ là đáp án cho phần lớn năng lượng của nhân loại?ITER là LPƯ được xây dựng ở Pháp với sự hợp tác của châu Âu, USA, Nga,Nhật bản, Trung quốc,Ấn độ là niềm hy vọng để trả lời câu hỏi trên. ITER hy vọng hoạt động vào khoảng năm 2027. 

LP Ư tổng hợp hạt nhân là loại  tokamak .Tokamak được sáng chế trong những năm 1950 bởi các nhà vật lý xô-viết cũ Igor Tamm và Andrei Sakharov dựa trên ý tưởng của Oleg Lavrentiev (xem hình 2).

   Hình 2. Các ion D & T được chuyển động theo các đường của trường (hình bên trái)

Một tổ hợp các cuộn dây tạo ra từ trường mạnh giam giữ plasma D,T&electron (hình bên phải).

Sau 50 năm nghiên cứu tổng hợp hạt nhân cho thấy rằng không có vấn đề gì về nguyên tắc vật lý. Song trong tương lai đến còn nhiều vấn đề khác về kỷ thuật phải vượt qua.

Tóm lại  ta thấy rằng trong thế kỷ 21 nhiều nước trên thế giới không từ chối NLHN  mà xác định hai khuynh hướng rõ rệt cho tương lai là nghiên cứu sử dụng các LPƯ thế hệ IV và chuẩn bị cho một mục tiêu lớn là sử dụng tổng hợp hạt nhân như một điều chắc chắn để bảo đảm phần lớn năng lượng cho nhân loại .

Trước khuynh hướng đó VN ta nên làm gì?

2  /  Chiến lược choViệt nam

Trước hết phải tư duy về NLHN như là một tư duy dài hạn cho VN. Mọi tư duy ngắn hạn sẽ loại bỏ NLHN ở VN.

Năng lượng hạt nhân gồm 2 phần:

Phi công suất (non-power): điều chế các đồng vị phóng xạ (dùng trong y học, công nghiệp, nông nghiêp, sinh học,…)

Công suất (power) : các nhà máy điện hạt nhân.

Trong tương lai (có thể xa hay gần) với tình hình chính trị thế giới và khu vực phức tạp chắc là VN phải nghĩ đến (lẽ dĩ nhiên không phải là vũ khí hạt nhân mà là ) những khí tài sử dụng năng lượng hạt nhân như chẳng hạn tàu ngầm hạt nhân trong bảo vệ biển đảo.

Trước những vấn đề như việc bảo đảm môi trường trong sạch , những khó khăn gặp phải trong thủy điện, những hạn chế nhất định trong nhiên liệu khoáng sản và tái tạo thì việc nghiên cứu ứng dụng các loại lò phản ứng thế hệ IV sẽ làm cho việc ứng dụng NLHN an toàn hơn, kinh tế hơn sẽ làm mất đi những lý do mà vì đó VN đang phải hoãn việc xây dựng các NMĐHN (Nhà Máy Điện Hạt Nhân) ở Ninh Thuận.

Việc ứng dụng năng lượng tổng hợp hạt nhân (fussion) có thể mở ra cho nhân loại một hướng giải quyết vấn đề năng lượng một cách toàn diện (nguồn nhiên liệu gần như vô tân, chất thải hạn chế đến cực tiểu,…).VN đến lúc đó chắc cũng không có thể làm ngơ trước khả năng to lớn này, vốn phù hợp với con đường khoa học gần độc đạo về năng lượng hạt nhân.

Việc chuẩn bị nhân lực VN về năng lượng hạt nhân đã tiến hành hơn 2 thập kỷ (trong nước và nhiều nước khác như Pháp, Mỹ, Nga, Nhật,Hàn quốc,…).Hiện nay đã có những nhà khoa học VN (trong và ngoài nước) đủ trình độ ban đầu để tiếp thu công nghệ hạt nhân.Nhiều nhà  khoa học VN đã sử dụng thành công những chương trình tính toán LPƯ phức tạp để giải quyết những vấn đề thiết yếu trong các LPƯ nói riêng và trong năng lượng hạt nhân nói chung. Việc trì hoãn chương trình hạt nhân (công suất) hiện nay là một yếu tố (có thể gọi là may mắn không dự tính trước được) giúp VN có thời gian để đào tạo thêm đủ các nhà khoa học công nghệ hạt nhân tài giỏi để chế ngự NLHN. 

Dự án Trung tâm KH&CN quốc gia hợp tác giữa Việt Nam và Nga có thể nói là một dự án mang tính chiến lược đối với VN. Trong dự án này có vấn đề xây dựng một LPƯ nghiên cứu mới (thay LPƯ Đà lạt) và nhiều phòng thí nghiệm  quan trong khác trong phần phi năng lượng. Dự án này sẽ duy trì được việc đào tạo nhân lực tiếp tục phát huy trình độ các nhà khoa học VN trong NLHN và nhất là không làm mai một một đội ngũ đã hình thành trong hai thập kỷ qua. Nếu lực lượng này mất đi thì khi cần xây dựng NLHN trong tương lai chúng ta phải mất đi trước hết hai thập kỷ đề có một lực lượng hạt nhân như hiện có, trước khi đào tạo thêm để đi tiếp con đường NLHN .

Trước tình hình chính trị, kinh tế và công nghệ 4.0 việc duy trì và phát triển liên tục nhân lực và các thiết bị NLHN một cách hợp lý có thể là một đường lối đúng đắn và khôn ngoan cho VN trong một tương lai có thể nói là không xa lắm.Không duy trì và củng cố nhân lực và cơ sở NLHN sẽ làm cho VN hụt hẫng trước tình hình trong một số năm tới  đối với hai khuynh hướng phát triển NLHN trình bày trên đây và lúc đó VN càng tụt hậu và không đủ điều kiện để tiến bước cùng tiến độ thế giới và mãi là một nước lạc hậu như hiện nay trong vấn đề năng lượng.

Một số từ viết tắt thông dụng trong NLHN:

ACR=Advanced CANDU reactor

ADS=ADS (Accelerator-driven system), 

Hybrid spallation-fission system-Hệ lai phá vỡ-phân hạch

AGR=Graphite-gas reactor-LPU graphite-khí 

BWR=Lò nước sôi

EPR=European Pressurized Reactor-Lò áp lực châu ÂU 

FR=Fast reactor-LPU nhanh

GFR=Gas-cooled Fast Reactor-LPU nhanh tải nhiệt khí

GIF= Generation IV International Forum (nuclear reactors)-Diễn đàn quốc tế về các LPU thế hệ IV hay còn được gọi là GEN IV 

ITER= International Thermonuclear Experimental Reactor-Tổ chức quốc tế LPU nhiệt hạch

LFR=Lead-cooled Fast Reactor-LPU nhanh tải nhiệt chì

MOX=(Mixed Oxide)-Hỗn hợp các oxides U và Pu

MSR=Molten Salt reactor-LPU muối nấu chảy

MSFR=Molten salt fast reactor-LPU nhanh muối nấu chảy

MYRRHA =Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications- project proposed in Belgium by SCK•CEN could be an Experimental Technological Pilot Plant (ETPP) for the LFR technology.

NUGG=Uranium Natural Graphite Gas-LPƯ graphite  thiên nhiên-khí

PWR=Pressurized Water reactor-Lò nước áp lực

RBMK= ” ( các chữ cái đầu của tiếng Nga) Reaktor bolchoi mochnosti kanalnyi-Реактор Большой Мощности Канальный- LPƯ kênh công suất lớn Nga (Chernobyl)

SFR=Sodium-cooled fast reactor-LPƯ nhanh tải nhiệt Na

SCWR=Super Critical Water reactor- LPƯ nước trên tới hạn

SGHWR=Steam generating Heavy Water reactor-LPƯ nước nặng tạo hơi

Tokamak” ( các chữ cái đầu của tiếng Nga) тороидальная камера  магнитными катушками,Toroidalnaia kamera s magnitnymi katushkami)-Camera hình xuyến với các cuộn từ 

UNGG=Uranium Natural Graphite Gaz-LPƯ  uranium graphite thiên nhiên

(V)HTR=(Very) High Temperature reactor-LPƯ nhiệt độ (rất) cao

Tài liệu tham khảo:

[1]Akos Horvath and Elisabeth Rachlew Nuclear power in the 21st century: Challenges and possibilities

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4678124/

[2]Pierre Darriulat Nuclear Power in Asia

https://mail.google.com/mail/?nsr=1#inbox/15ea268d0dd75d16?projector=1