Lò nung kim loại đang nấu chảy urani. Ảnh: Cơ quan An ninh Hạt nhân Quốc gia
Bên trong một cơ sở bí mật cấp cao ở Oak Ridge, bang Tennessee – cũng là cơ sở đã làm giàu urani cho quả bom nguyên tử đầu tiên trong kỷ nguyên Dự án Manhattan, các công nhân đang biến những đầu đạn cũ, chưa nổ thành nhiên liệu cung cấp năng lượng cho các thành phố.
Công thức tạo ra nhiên liệu lò phản ứng tiên tiến bao gồm việc nấu chảy urani cấp vũ khí với urani làm giàu thấp trong một lò nung kim loại lớn được nung nóng đến khoảng 1.400 độ C để biến chất bên trong thành chất lỏng nóng chảy.
Khi lò nung kết thúc quá trình nung chảy, khối lỏng màu cam chứa đầy urani nóng được từ từ hạ xuống buồng làm mát. Sản phẩm hoàn thiện đã đông cứng, trông giống như than đen, có thể cầm trên tay một cách an toàn.
Nhiên liệu này được tạo ra để cung cấp năng lượng cho thế hệ lò phản ứng hạt nhân tiếp theo của Mỹ — các nhà máy điện mô-đun nhỏ, dễ xây dựng và tiết kiệm chi phí. Chúng đòi hỏi ít bảo trì và không gian hơn nhiều so với nhà máy điện hạt nhân lớn đang trở nên lỗi thời.
Nhược điểm của công nghệ này là đòi hỏi urani được làm giàu nhiều hơn và có mật độ năng lượng cao hơn.
Cho đến năm ngoái, Mỹ vẫn nhận được phần lớn urani làm giàu từ Nga. Một đạo luật lưỡng đảng được thông qua sau xung đột Ukraine đã ngăn chặn điều đó. Bây giờ, các nhà khoa học và công ty đang chạy đua để sản xuất urani trong nước.
Việc pha trộn các vũ khí cũ từ kho vũ khí hạt nhân không phải là cách duy nhất để tạo ra loại nhiên liệu này, được gọi là urani làm giàu thấp có độ phân tích cao — hay gọi tắt là HALEU. Một vài cơ sở trên khắp đất nước cũng đang sản xuất loại nhiên liệu này và dự kiến sẽ sản xuất trong thời gian dài. Chính phủ liên bang sẽ trao hơn 2 tỷ USD trong những tháng tới cho các công ty làm giàu urani để giúp khởi động chuỗi cung ứng. Trong khi đó, chính quyền liên bang đang lùng sục khắp nơi để tìm nhiên liệu hạt nhân phù hợp đã bị bỏ sót.
“Chúng ta đang đến thời điểm mà chính phủ cần cảm thấy cấp bách hơn”, Jeff Navin, giám đốc đối ngoại của TerraPower cho biết.
Trên thực tế, lượng HALEU mà Mỹ có thể lấy được từ kho vũ khí hạt nhân của mình tương đối nhỏ. Sẽ cần một dây chuyền sản xuất lớn hơn.
“Giải pháp lâu dài là chúng ta phải làm giàu. Ngay cả khi chúng ta pha trộn tất cả vật liệu đó vào ngày mai, chúng ta cũng không thể cung cấp đủ nhu cầu cho tất cả các lò phản ứng tiên tiến ngay bây giờ”, Jeff Chamberlin, phó giám đốc điều hành phụ trách không phổ biến vũ khí hạt nhân quốc phòng cho biết.
Hiện tại, Mỹ lấy khoảng 20% năng lượng từ hạt nhân. Bộ Năng lượng Mỹ cũng rất quan tâm tới nhiên liệu này vì năng lượng hạt nhân đáng tin cậy và không gây ô nhiễm khí hậu.
“Chúng ta cần một số nguồn điện cơ bản sạch, vững chắc — hạt nhân cung cấp điều đó. Để đáp ứng nhu cầu an ninh năng lượng và mục tiêu khí hậu của chúng ta, chúng ta cần triển khai nhiều năng lượng hạt nhân hơn đáng kể”, Michael Goff, Phó trợ lý thư ký Văn phòng Năng lượng Hạt nhân thuộc Bộ Năng lượng, chia sẻ.
Urani cho lò phản ứng thông thường được làm giàu tới 5% và HALEU là urani được làm giàu từ 5-20%. Uranium làm giàu cao là bất kỳ thứ gì trên 20% và được sử dụng trong vũ khí hoặc tàu ngầm hải quân.
Centrus là một trong hai công ty làm giàu urani tại Mỹ đang nỗ lực để thoát khỏi sự phụ thuộc của Mỹ vào Nga, quốc gia cung cấp lượng lớn urani làm giàu cho thế giới. Quốc hội gần đây đã thông qua lệnh cấm nhập khẩu urani của Nga, dẫn đến tình trạng thiếu hụt nguồn cung cho cả HALEU và nhiên liệu cho các lò phản ứng thông thường.
Sau thời gian thiếu đầu tư trong nhiều thập kỷ, Centrus đang hướng tới mục tiêu khôi phục năng lực làm giàu trong nước bằng công nghệ của Mỹ để đáp ứng nhu cầu về điện của đất nước và an ninh quốc gia.