Liệu con người có xây dựng được nhà máy hạt nhân an toàn, không rò rỉ ?

Kể từ sau thảm họa hạt nhân Chernobyl ở Ukraina thì hầu hết các quốc gia trên thế giới đều lo ngại về một vấn đề tương tự có thể xảy ra với đất nước của mình. Họ đã tập trung nghiên cứu và giới thiệu những thế hệ nhà máy mới có khả năng chống lại mọi thảm họa của thiên nhiên hay thậm chí là chống rò rỉ hoàn toàn nếu lò phản ứng bị tan chảy. Bài viết này sẽ cho chúng ta 1 cái nhìn về thệ hệ lò phản ứng hiện nay, thế hệ thứ 3 và hơn thế nữa so với thế hệ 1 ở Fukushima hiện tại.

Những nhà máy hạt nhân thế hệ mới nhất an toàn hơn và cũng có khả năng chống đỡ với thảm họa tốt hơn so với thế hệ cũ rất nhiều. Hệ thống an toàn nhất hiện cũng đang nằm ở Nhật Bản và đã đạt thế hệ thứ 3. Thật đáng tiếc khi những nhà máy này mới chỉ được đưa vào hoạt động trong năm 1996, gần 10 năm sau khi lò phản ứng mới nhất của Fukushima đi vào hoạt động.

Người ta đã thử nghiệm cho một máy bay bay với tốc độ 800km/h vào một bức tường dùng để xây dựng nhà máy hạt nhân thì bức tường không hề suy chuyển trong khi chiếc máy bay tan thành từng mảnh nhỏ. Những bức tường như thế này thậm chí còn chống chọi với động đất tốt hơn và chúng cũng được trang bị hệ thống khí động học để bớt nhạy cảm hơn với những chấn động đã làm tổn thương nhà máy Fukushima. Cơ chế an toàn của thế hệ nhà máy mới là dạng thụ động, chúng sử dụng cơ chế core catcher nhằm chứa đựng toàn bộ lượng phóng xạ trong lò tỏa ra trong trường hợp bị tan chảy hoàn toàn và không để thất thoát ra môi trường. Những cơ chế này hoạt động dựa trên sự đối lưu, trọng lực và chống lại nhiệt độ cao thay vì dựa trên những cơ chế chủ động có thể bị phá hoại bởi động đất và sống thần như điện năng.

Hầu hết những vấn đề mà Nhật Bản gặp phải với 4 lò phản ứng hạt nhân ở Fukushima đã hoàn toàn được giải quyết. Hiện nay trên thế giới chỉ có 4 lò phản ứng hạt nhân thế hệ mới và tất cả đều của Nhật Bản. Đài Loan cũng đang xây dựng lò phản ứng nước sôi thế hệ mới và Mỹ bắt đầu tham gia nhưng các quốc gia này mới chỉ ở giai đoạn đầu của công nghệ, đặc biệt là khi Nhật Bản đã ứng dụng được nó từ giữa thập niên 90.

Người ta cho rằng Trung Quốc đang đầu tư vào các lò phản ứng AP1000, loại lò thế hệ thứ 3+ thay vì thứ 3 của Nhật Bản. Với thế hệ này, khi mà hệ thống ống làm lạnh bị hỏng thì lò phản ứng sẽ tự động xử lý tất cả các vấn đề mà không cần bất cứ sự can thiệp nhỏ nhất của con người, các máy bơm và thậm chí là điện năng. Khi nhiệt độ trong lò quá cao thì nước trong các phễu dự trữ phía trên lò sẽ tự động được đưa xuống bằng trọng lực, một cơ chế thụ động an toàn hơn nhằm hạn chế những vấn đề nghiêm trọng có thể xảy ra.

Một số quốc gia khác cũng đang cố gắng đạt được mục tiêu an toàn bằng những phương thức khác. Kerena của Đức sử dụng cơ chế core catcher cho phép lưu giữ hoàn toàn các phóng xạ trong trường hợp bị tản chảy hoàn toàn. ACR của Canada lại sử dụng 2 hệ thống ngắt độc lập để tắt lò phản ứng ngay khi gặp sự cố. Phương pháp của ACR cũng sử dụng những hệ thống bảo vệ thụ động đã nhắc tới ở trên. Có lẽ chúng ta sẽ bắt gặp thế hệ nhà máy tiếp theo ngay trong thập kỷ tới.

Thế hệ thứ 3 tập trung vào việc chế tạo các lò phản ứng hạt nhân an toàn hơn nhưng thế hệ thứ 4 đang được các công ty và chính phủ tập trung nghiên cứu về vấn đề khác: nhiên liệu. Tất cả các lò phản ứng thế hệ 4 sẽ được thiết kế lại từ đầu, Uranium sẽ được tráo đổi bằng uranium bị làm nghèo, nước sẽ không còn được giữ vai trò làm mát nữa mà thay vào đó là natri hoặc heli.

Các nhà khoa học ở Intellectual Ventures cũng đang nghiên cứu các lò phản ứng hạt nhân travelling wave cho phép chuyển đổi fertile material (ví dụ như thorium 232, uranium 234 hay uranium 238) thành các nguyên liệu phóng xạ thông qua các quá trình biến đổi hạt nhân. Tiếc là những nghiên cứu này mới chỉ ở giai đoạn đầu và sẽ còn phải rất lâu nữa mới thành hiện thực.

Hiện tại thì 4 lò phản ứng hạt nhân trong nhà máy Fukushima ở Nhật Bản là thế hệ thứ 2 và chúng cũng có 1 số cải tiến đáng kể (4 lò này lần lượt xây dựng vào năm 1982, 84, 85 và 87). Công nghệ dùng trong những nhà máy này tương đương với những gì ở Pháp và Mỹ, họ xây dựng nó trực tiếp trên các nền đá cứng để chống chọi tốt hơn với các chấn động từ lòng đất. Hơn nữa, các tòa nhà luôn được xây theo dạng vuông, hình dạng đã được chứng minh là có khả năng chịu xung động tốt hơn.

Bên trong các nhà máy này, nhiên liệu phóng xạ được bảo vệ trong các hạt gốm để bảo vệ chúng khỏi sự ăn mòn và có nhiệt độ nóng chảy lên tới 3000 độ C. 360 viên gốm tiếp đến sẽ được khóa kín trong một ống kim loại có khả năng chống lại nhiệt độ tối đa 2200 độ C. Tiếp đó, ống kim loại này lại tiếp tục được khóa trong một thùng lò dày 1,5 inch. Tất cả những thứ này lại được đặt trong lớp bảo vệ thứ 5, lớp bảo vệ bằng bê tông cốt thép dày 1,5 mét. Chính 5 lớp bảo vệ này làm cho lò phản ứng hạt nhân Fukushima trở thành một trong những vật được bảo vệ kỹ nhất thế giới. Những lớp bảo vệ này cũng là những thứ mà nhà máy hạt nhân Chernobyk không hề có, đủ sức bảo vệ chúng ta khỏi những tai nạn bên trong lò.

Khi xảy ra động đất, bộ cảm biến chấn động bên trong lò phản ứng sẽ tự động ghi lại bất cứ chấn động nào có cường độ lớn hơn 5 độ richte và tự động ngắt lò bằng cách chèn các thanh điều khiển vào nhân phóng xạ, ngừng hoàn toàn các phản ứng hạt nhân. Các lò phản ứng của Nhật Bản đã hoạt động hoàn toàn chính xác khi vụ động đất xảy ra, các phương pháp dự phòng như động cơ diesel, pin cũng hoạt động rất tốt nhưng cơn sóng thần đã phá hỏng tất cả.

Những sự cố liên tiếp như nhà máy Fukushima có lẽ sẽ không bao giờ xảy ra một lần nữa trong lịch sử. Các nhà khoa học có lẽ đã học được một bài học vô giá mà thảm họa lịch sự này mang lại. Hy vọng trong tương lai, chúng ta sẽ không còn thấy những chuyện thiếu may mắn xảy ra nữa.