Với dự án quy mô megawatt tại Huizhou sắp hoàn thành, Trung Quốc có vị thế dẫn đầu trong quá trình chuyển đổi sang chu trình nhiên liệu hạt nhân “khép kín”. (Trong ảnh: Linglong One là lò phản ứng áp lực nước mô-đun nhỏ đa chức năng. Ảnh: Tân Hoa Xã)
Theo trang tin Interesting Engineering, các nhà nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã bắt đầu lắp đặt giai đoạn cuối các máy gia tốc hạt siêu dẫn tại một cơ sở hạt nhân mang tính đột phá ở Quảng Đông.
Đây được xem là một bước tiến lớn hướng tới nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn.
Hệ thống này, được gọi là Hệ thống hạt nhân dưới tới hạn điều khiển bằng máy gia tốc (Accelerator-Driven Subcritical System - ADS), đang trong lộ trình trở thành lò phản ứng “đốt” chất thải hạt nhân cấp megawatt đầu tiên trên thế giới khi đi vào hoạt động vào năm 2027.
Giải pháp năng lượng cho 1.000 năm
Dự án hứa hẹn giải quyết hai thách thức lớn nhất của năng lượng hạt nhân: an toàn và xử lý chất thải lâu dài.
Theo báo Bưu điện Hoa Nam buổi sáng (SCMP) có trụ sở ở Hongkong (Trung Quốc), ông He Yuan – Phó Giám đốc Viện Vật lý Hiện đại thuộc CAS – cho biết hệ thống này được thiết kế để đốt uranium hiệu quả gấp 100 lần so với các lò phản ứng truyền thống.
Bằng cách chuyển hóa chất thải phóng xạ có chu kỳ tồn tại dài thành các đồng vị tồn tại ngắn hơn và ít nguy hiểm hơn, công nghệ này có thể giảm thời gian tồn tại của chất thải hạt nhân xuống dưới một phần nghìn so với hiện nay.
Các chuyên gia dự đoán rằng điều này có thể cung cấp nguồn năng lượng ổn định và “xanh” đủ đáp ứng nhu cầu của nhân loại trong 1.000 năm tới.
Hệ thống “biến rác thành tài nguyên”
ADS là hệ thống lai kết hợp giữa lò phản ứng hạt nhân và máy gia tốc hạt năng lượng cao.
Không giống các lò phản ứng truyền thống vốn dựa vào phản ứng dây chuyền tự duy trì, hệ thống “dưới tới hạn” (subcritical) này cần nguồn neutron từ bên ngoài để tiếp tục hoạt động.
Các máy gia tốc tuyến tính siêu dẫn sẽ bắn các chùm proton cường độ cao với tốc độ bằng khoảng 80% tốc độ ánh sáng để khởi động quá trình.
Các chùm proton này sau đó bắn vào hợp kim chì–bismuth lỏng, tạo ra dòng neutron cực lớn.
Các neutron này sẽ chuyển đổi uranium-238 thường được xem là chất thải hạt nhân thành plutonium-239, nghĩa là biến “rác” thành nhiên liệu có thể sử dụng.
Ngoài ra, vì lò phản ứng không thể duy trì phản ứng nếu không có máy gia tốc, cho nên, nguy cơ sự cố nóng chảy ngoài kiểm soát (meltdown) về mặt vật lý gần như bị loại bỏ, mang lại lợi thế lớn về an toàn.
Hơn một thập kỷ phát triển
Mặc dù ý tưởng về hệ thống ADS đã tồn tại từ những năm 1980, nhưng chưa có phiên bản thương mại nào hoạt động trên thế giới.
Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu chuyên sâu vào năm 2011.
Một nguyên mẫu năm 2021 là hệ thống đầu tiên đạt cường độ hoạt động cần thiết cho ứng dụng công nghiệp.
Hiện nay, với dự án quy mô megawatt tại Huizhou sắp hoàn thành, Trung Quốc có vị thế dẫn đầu trong quá trình chuyển đổi sang chu trình nhiên liệu hạt nhân “khép kín”.
Theo trích dẫn của SCMP, ông He Yuan nói với Nhật báo Khoa học và Công nghệ của Trung Quốc rằng: “Đây là phương pháp lý tưởng được quốc tế công nhận cho việc sản sinh nhiên liệu hạt nhân và xử lý chất thải. Nó biến năng lượng hạt nhân thành nguồn năng lượng xanh, an toàn và ổn định.
Việc lắp đặt các máy gia tốc siêu dẫn chủ chốt dự kiến hoàn tất vào cuối năm 2026, mở đường cho hoạt động toàn diện vào năm 2027.
Những đổi mới tương tự trên thế giới
Nỗ lực phát triển năng lượng hạt nhân bền vững này cũng được phản ánh trong các dự án quốc tế, bao gồm những nghiên cứu quan trọng tại Cơ sở gia tốc quốc gia Thomas Jefferson của Bộ Năng lượng Mỹ
Các nhà nghiên cứu Mỹ đang phát triển công nghệ ADS bằng cách bắn proton năng lượng cao vào các mục tiêu như thủy ngân lỏng, kích hoạt quá trình spallation – hiện tượng tạo ra lượng neutron khổng lồ để tương tác với các đồng vị phóng xạ tồn tại lâu.
Sáng kiến này nhằm đạt hai mục tiêu cùng lúc: tạo ra điện năng không phát thải carbon, đồng thời giảm mạnh thời gian tồn tại phóng xạ của nhiên liệu đã qua sử dụng.
Trong khi nhiên liệu hạt nhân chưa xử lý thường nguy hiểm trong khoảng 100.000 năm, phương pháp phân tách và tái chế bằng ADS có thể giảm thời gian nguy hiểm xuống chỉ còn khoảng 300 năm.