Điện hạt nhân thế hệ 4: "Phao cứu sinh" cho năng lượng

TRƯỜNG ĐẶNG• 21/06/2024 03:00

Với những tiến bộ công nghệ nhanh chóng, cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu có thể được giải quyết nhờ các lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ 4.

lò Lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ 4 có nhiều ưu điểm

Lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ 4 như lò phản ứng muối nóng chảy có nhiều ưu điểm an toàn hơn thế hệ trước

Trước cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu cũng như biến đổi khí hậu, các quốc gia đang tìm mọi giải pháp thay thế tiềm năng để tránh phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

>>AI mở "cánh cửa" cho năng lượng hạt nhân mới

Năng lượng hạt nhân sạch là gì?

Bên cạnh các nguồn năng lượng tái tạo phổ biến, nhiều nước trên thế giới đang thực sự cân nhắc về năng lượng hạt nhân thế hệ mới như một giải pháp cho cơn khát năng lượng ngày càng trầm trọng. Tuy nhiên, loại năng lượng này thường nhận cái nhìn đầy hoài nghi sau các vụ việc ở Fukushima hay Chernobyl.

Nỗi lo đó có thể được giải quyết bởi thế hệ năng lượng hạt nhân mới. Các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu những cách độc đáo để tạo ra năng lượng hạt nhân và các thí nghiệm gần đây đã cho thấy khả năng loại bỏ mối lo ngại về an toàn của nó – được gọi là lò phản ứng hạt nhân thế hệ 4.

Tên gọi này bắt nguồn từ Diễn đàn quốc tế Thế hệ IV (GIF) - một nỗ lực hợp tác quốc tế từ năm 2001 nhằm phát triển các nghiên cứu cần thiết để kiểm tra tính khả thi và hiệu suất của hệ thống hạt nhân thế hệ thứ 4 nhằm sẵn sàng triển khai công nghiệp vào năm 2030.

Dù vậy, lò phản ứng hạt nhân thế hệ 4 không phải là một thiết kế đơn lẻ mà là một loạt các thiết kế khác nhau, như lò phản ứng nhiệt hạch nhanh làm mát bằng kim loại lỏng (SFR); lò phản ứng ga làm mát nhanh (GFR) cho tới lò phản ứng đa nhiên liệu (MFR) hay lò phản ứng muối nóng chảy (MSR). Trong đó, MSR được cho là có tiềm năng to lớn.

Lò phản ứng muối nóng chảy

Thí nghiệm đầu tiên về lò phản ứng muối nóng chảy (MSR) diễn ra ở Mỹ vào những năm 60. Tuy nhiên, các thí nghiệm trong lĩnh vực này đã bị dừng lại sau những khó khăn trong việc xử lý nhiệt độ cực cao của nhiên liệu.

MSR sử dụng nhiên liệu lỏng thay vì nhiên liệu rắn mà chúng ta thấy trong các lò phản ứng hạt nhân thông thường. Nhiên liệu lỏng sử dụng trong MSR được gọi là muối nóng chảy, một loại muối ở dạng rắn ở nhiệt độ tiêu chuẩn nhưng sẽ chuyển sang dạng lỏng do nhiệt độ tăng cao.

Muối nóng chảy cũng sẽ thay thế nước làm mát lò phản ứng. Muối nóng chảy có thể được điều chế theo nhiều cách khác nhau; một thành phần có thể có của muối nóng chảy là thorium, một nguyên tố hóa học hạt nhân mà năng lượng chỉ có thể được chiết xuất trong các lò phản ứng thế hệ mới và mang lại nhiều lợi ích: nguồn cung cấp nó trên hành tinh ít nhất gấp ba lần so với nhiên liệu hạt nhân thông thường, uranium; chất thải của nó có thể mất 100 năm để phân hủy so với uranium có chất thải phân hủy trong 10.000 năm.

>>Chuyển dịch năng lượng tại Việt Nam: Tăng tốc nhưng chưa đủ

MSR cũng có thể được xây dựng như một lò phản ứng mô-đun nhỏ. Lò phản ứng mô-đun nhỏ là lò phản ứng vật lý nhỏ hơn nhiều so với lò phản ứng hạt nhân thông thường, tạo ra công suất tối đa 300 MW/đơn vị và trong đó các bộ phận có thể được sản xuất tại nhà máy và dễ dàng vận chuyển để lắp đặt.

Vị trí của một nhà máy điện hạt nhân lớn bị hạn chế mạnh mẽ bởi giới hạn địa lý trong khi một lò phản ứng mô-đun nhỏ có nhiều lựa chọn về vị trí của nó. Tuy nhiên, thời gian xây dựng một lò phản ứng mô-đun nhỏ ngắn hơn nhiều vì các bộ phận của nó có thể được sản xuất trên dây chuyền lắp ráp. Lý do mà MSR có thể được xây dựng ở quy mô nhỏ hơn là vì nó không cần một cỗ máy khổng lồ và đắt tiền để duy trì nước ở áp suất cao.

Sức mạnh dồi dào của các loại lò phản ứng mới hứa hẹn sẽ giải quyết vấn đề thiếu điện của thế giới

Ưu, nhược điểm

Với MSR, hiệu quả năng lượng mà công nghệ này mang lại cao hơn mọi phương pháp sản xuất năng lượng khác.

Cùng với đó, MSR an toàn hơn nhiều so với các lò phản ứng hạt nhân thông thường do có hệ thống tự điều chỉnh vốn có. Các hệ thống hạt nhân thông thường cần có sự can thiệp liên tục để đảm bảo các lò phản ứng hoạt động ở mức an toàn. Tuy nhiên, MSR không yêu cầu điều tương tự vì nhiệt độ và độ phản ứng có mối tương quan nghịch đảo bên trong MSR. Tức khi nhiệt độ trong lò phản ứng tăng lên, số lượng phân hạch hạt nhân sẽ giảm xuống.

Hơn nữa, MSR không hoạt động dưới áp suất cao. Nó có thể hoạt động đơn giản ở áp suất khí quyển vì nhiệt độ sôi của muối nóng chảy cao hơn nhiều so với nhiệt độ của lò phản ứng trong quá trình vận hành. Bởi vậy, khả năng xảy ra vụ nổ sẽ được loại trừ khỏi mối lo ngại về an toàn. Về mặt lý thuyết, thảm họa hạt nhân ở Chernobyl và Fukushima đòi hỏi phải sơ tán toàn bộ khu vực là không thể.

Dù vậy, vẫn có những hoài nghi về MSR. Đầu tiên là MSR vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Mặc dù có thể khả thi về mặt lý thuyết, nhưng không có đủ bằng chứng thực nghiệm để chứng minh rằng chúng hoạt động trong đời thực, vì MSR gần đây nhất được chế tạo bắt nguồn từ thí nghiệm ở Hoa Kỳ vào những năm 60. Những thách thức trong việc xử lý nhiệt độ cao của nhiên liệu vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay.

Nguy cơ bị ăn mòn là một vấn đề hiện hữu. MSR hoạt động ở nhiệt độ khoảng 700 độ C, tuy nhiên vẫn chưa có vật liệu nào có thể chịu được nhiệt độ cao này trong một khoảng thời gian dài. Vì vậy, một số bộ phận của lò phản ứng có thể cần phải được thay thế thường xuyên vài năm một lần.