Tìm hiểu sơ lược về công nghệ điện hạt nhân

Việt Nam sẽ khởi công nhà máy điện hạt nhân đầu tiên Ninh Thuận 1 vào năm tới. Nga cam kết Ninh Thuận 1 sẽ sử dụng công nghệ an toàn nhất.

>>> Phương pháp kéo dài tuổi thọ nhà máy điện hạt nhân

Mặc dù ai cũng biết phát triển điện hạt nhân phải đi đôi với yêu cầu an toàn tối thượng, nhưng điện hạt nhân còn rất mới và lạ với hầu hết người dân Việt Nam. Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi xin giới thiệu những thông tin cơ bản về công nghệ điện hạt nhân của Union of Concerned Scientists, một tổ chức độc lập có trụ sở tại Mỹ liên minh các nhà khoa học cùng giải quyết những vấn đề cấp bách của toàn cầu.

Nguyên lý cơ bản đằng sau một lò phản ứng hạt nhân thực ra rất đơn giản: nhiệt được sản xuất bởi một chuỗi phản ứng phân hạch hạt nhân có kiểm soát được sử dụng để đun sôi nước và tạo ra áp suất hơi làm quay các tua-bin phát điện.

Nhưng công nghệ cần thiết để đảm bảo nguyên lý này vận hành một cách hiệu quả và an toàn lại rất phức tạp.

Phản ứng phân hạch phải được duy trì ở tỷ lệ chính xác, và được điều chỉnh hoặc dừng lại khi cần thiết một cách nhanh chóng nhất có thể. Nhiệt độ nước và áp suất hơi phải được kiểm soát rất cẩn thận. Bên cạnh đó trong việc xây dựng một nhà máy điện hạt nhân, hệ thống làm mát dự phòng là rất cần thiết để bảo vệ chống lại khả năng các thanh nhiên liệu hạt nhân sẽ bị quá nhiệt và bắt đầu tan chảy. Các thiết kế lò phản ứng khác nhau sẽ cần phải theo các yêu cầu an toàn kỹ thuật khác nhau.

Các loại lò phản ứng hiện nay

Khoảng hai phần ba các lò phản ứng đang hoạt động của Mỹ và trên thế giới là lò phản ứng nước áp lực (PWR), phần còn lại là các lò phản ứng nước sôi (BWR). Mỗi loại có những ưu và nhược điểm khác nhau.

Cả hai loại lò BWR và PWR đều sử dụng nước thường ("nhẹ") để truyền nhiệt năng từ nhiên liệu hạt nhân làm quay cánh quạt của tua-bin phát điện, vì vậy đôi khi chúng được gọi chung là lò phản ứng nước nhẹ (LWR). Sự khác biệt quan trọng nhất giữa hai loại lò này đó là phương thức truyền nhiệt của nước được sử dụng trong lò.

Lò phản ứng nước sôi (Boiling Water Reactors-BWR)

Một lò BWR thì chỉ sử dụng một vòng tuần hoàn nước làm mát duy nhất: lượng nước bao quanh các thanh nhiên liệu được đặt bên trong thùng phản ứng áp lực (RPV) sau khi bị đun sôi thành hơi nước nóng sẽ được dẫn theo ống dẫn tới tuabin. Tiếp đó, lượng hơi nước này được làm lạnh để trở về trạng thái lỏng và tiếp tục được đưa vào sử dụng trong vòng tuần hoàn này.

Mô tả nguyên lý hoạt động của lò phản ứng nước sôi

Lò phản ứng nước áp lực (Pressurized Water Reactors-PWR)

Trong một lò PWR, ngược lại với lò BWR, có hai tuyến ống dẫn nước riêng biệt. Thứ nhất là lượng nước trong vòng tuần hoàn chính, di chuyển xung quanh các thanh nhiên liệu trong thùng phản ứng, được đun nóng đến nhiệt độ cao nhưng được giữ dưới áp suất cao để lượng nước này không bị đun sôi. Tuy nhiên, lượng nước ở vòng tuần hoàn chính vẫn có nhiệt độ rất cao và được dẫn vào một hệ thống ống trao đổi nhiệt nằm bên trong tuyến ống thứ cấp. Nước từ ống thứ cấp nhanh chóng được đụn sôi để tạo thành hơi và tiếp tục một vòng tuần hoàn như trong lò BWR.

Mô tả nguyên lý hoạt động của lò phản ứng nước áp lực

Thiết kế lò phản ứng thay thế

Lò công suất bé theo modun

Bên cạnh các lò phản ứng chính, một số thiết kế lò phản ứng thay thế cũng đã được đề xuất. Các mẫu thiết kế đã nhận được sự chú ý nhất trong những năm gần đây được gọi chung là lò công suất bé theo modun (SMR). Các lò SMR hiện nay tạo ra đến khoảng một phần ba năng lượng của tất cả các lò phản ứng trên thế giới cộng lại. Do kích thước nhỏ hơn, lò được chế tạo thành từng modun ngay tại nhà máy chứ không phải được xây dựng ngay tại nhà máy điện và có thể chở thẳng đến hiện trường bằng ôtô hoặc tàu hỏa, có độ an toàn thụ động rất cao nên khó xảy ra tan chảy nhiên liệu, mà nếu xảy ra thì mức độ lan truyền phóng xạ rất hạn chế (lò chứa ít phóng xạ, lại được xây dưới lòng đất).

Những người ủng hộ cho rằng SMR sẽ là một thiết kế ưu việt vừa đảm bảo an toàn và hiệu quả hơn so với các lò truyền thống, cho phép chúng được phân phối rộng rãi hơn và bố trí tại các khu vực đông dân cư hơn. Tuy nhiên phân tích của UCS vẫn còn đặt nghi vấn về những tuyên bố và cảnh báo chống lại việc giãn tiêu chuẩn an ninh và an toàn đối với loại lò SMR này.

Lò phản ứng thorium

Lò phản ứng thorium là một loại lò phản ứng tái nhiệt. Lò phản ứng thorium sử dụng các chu trình nhiên liệu thori trên florua, nóng chảy để làm nhiên liệu, nhiên liệu này đã được phát triển lần đầu tiên vào thập kỷ trước tại Phòng thí nghiệm quốc gia ở Oak Ridge của Mỹ. Trong những năm gần đây, đã có một số người đã ủng hộ loại lò phản ứng này như một sự thay thế an toàn hơn so với các thiết kế lò phản ứng hiện tại. Tuy nhiên, lò phản ứng này không cung cấp bất kỳ lợi thế tổng thể rõ ràng nào so với các lò phản ứng sử dụng nhiên liệu là uranium.