Lò phản ứng môđun tầng hạt có thể ''làm sống lại'' lĩnh vực năng lượng

Một trong các quy trình năng lượng hạt nhân tiên tiến đang được Phòng thí nghiệm Kỹ thuật và Môi trường Quốc gia Idaho (INEEL) nghiên cứu cho Bộ Năng lượng Mỹ là lò phản ứng tầng hạt (Pebble-Bed Reactor). Nhóm nghiên cứu đang thực hiện dự án gồm có các chuyên gia của Trường đại học Bang Pennsylvania và Viện Cộng nghệ Georgia nhấn mạnh, thiết kế thiết bị ''Thế hệ IV'' này hứa hẹn tạo ra một hệ thống sản xuất năng lượng hiệu quả cao, an toàn hơn nhiều so với các loại lò phản ứng hiện nay. Thực vậy, Tiến sĩ Abderrati Ououag, nhà nghiên cứu chính của INEEL, nhấn mạnh, nếu cố tình gây ra một sự cố, cũng khó xảy ra được. Người ta có thể rời xa lò phản ứng và lò phản ứng sẽ tự động đóng lại một cách tự nhiên, an toàn. Mấu chốt của vấn đề là lò phản ứng kiểu mới sử dụng khí hêli để làm nguội, thay vì sử dựng nước như trong các lò phản ứng đang hoạt động hiện nay. Tiến sĩ Farzad Rahnema, Giáo sư trong chương trình kỹ thuật phóng xạ và hạt nhân của Trường Kỹ thuật Cơ học tại Đại học Georgia Tech, nhà nghiên cứu chính về các dự án lò phản ứng thế hệ IV do INEEL tài trợ, cho biết, có nhiều cơ chế trong các thiết bị sử dụng nước nhẹ, làm nguội bằng nước có thể ngăn chặn sự cố xảy ra, nhưng trong các lò phản ứng tầng hạt người ta thậm chí không cần đặt ra thêm một mức độ an toàn nữa. Viễn cảnh này là kết quả của việc các lò phản ứng tầng hạt sử dụng ''nhiên liệu được làm giàu ở mức thấp'', là urani chỉ chứa khoảng 8% đồng vị urani dễ phân hạch U235. 92% lượng urani còn lại chứa U238, là vật liệu điển hình hấp thụ các nơtron mà không gây ra sự phân hạch. Nếu nhiệt độ gia tăng, U238 khử lượng nơtron gia tăng từ U235, làm cho lò phản ứng nhanh chóng tự động ngừng hoạt động. Hai nghiên cứu về lò phản ứng tầng hạt Một trong các dự án về lò phản ứng tầng hạt, mà Rahnema và cộng sự tham gia, là công trình nghiên cứu phát triển các phương pháp tiên tiến để thiết kế, phân tích và tối ưu hoá chu trình nhiên liệu của lò phản ứng tầng hạt. Đây là nỗ lực của INEEL, là một phần của Sáng kiến, Nghiên cứu Năng lượng Hạt nhân của Chính quyền Bush. (Thúc đẩy phát triển năng lượng hạt nhân là một phần của chính sách năng lượng theo "phương hướng mới'' của Chính quyền bao gồm hỗ trợ nhiều hơn để sử dụng rộng rãi nhiên liệu dẫn xuất từ than trong những năm tới). Trong một nghiên cứu khác được INEEL hỗ trợ, các nhà khoa học của Đại học Georgia Tech và của bang Pennsylvania đang áp dụng lý thuyết chuyển vận nơtron để thiết lập một ''phương pháp đổi mới để thiết kế, phân tích và giám sát hiệu quả phản ứng nước nhẹ tiên tiến thế hệ IV''. Dự kiến, cả hai chương trình này sẽ được hoàn thành vào tháng 9 năm 2005. Việc thiết kế thiết bị môđun tầng hạt dựa trên cơ sở nạp cho thiết bị hình trụ này các ''hạt'' có kích thước như viên bi được bao graphit chứa hàng nghìn đốm urani, gọi là các viên bi nhỏ. Nhiệt của các viên bi này đi qua graphit để làm nóng chất làm nguội là hêli. Sau đó, hêli nóng được đưa vào tuabin khí để sản xuất điện. So với các lò phản ứng sử dụng nước nhẹ hiện nay thì chất làm nguội là nước, mà hạt nhân sản sinh ra nhiệt chuyển hoá thành hơi để sau đó chạy tuabin hơi nước. Phương pháp lò phản ứng tầng hạt cho phép thiết lập công suất đầu ra tại nhà máy điện ở phạm vi 100 MW, chứ không lớn đến 1.000 MW như các lò phản ứng nước nhẹ điển hình. Công suất này sẽ ''phù hợp với nhu cầu của các khu vực nông thôn và các nước đang phát triển hơn là các hệ thống, lò phản ứng nước nhẹ phức tạp và quy mô lớn". Hệ thống này cũng phù hợp với các kỹ thuật sản xuất điện theo kiểu phân tán. Tất nhiên, cách tiếp cận "môđun'' cho phép các bộ lò phản ứng tầng hạt có thể lắp ráp với nhau để sản xuất công suất đầu ra lớn hơn. Theo báo cáo của trường Đại học Georgia Tech, hiện nay có một lò phản ứng tầng hạt duy nhất đang hoạt động là nhà máy thử nghiệm công suất nhỏ 10 MW ở Trung Quốc. Cho đến nay, các thiết kế lò phản ứng kiểu này dựa trên cơ sở một dự án của CHLB Đức đã được phát triển từ 20 năm trước. Nỗ lực nghiên cứu do INEEL đề ra có mục tiêu phát triển một phiên bản cải tiến hơn, Nhóm nghiên cứu của Rahnema đang hỗ trợ INEEL phát triển kỹ thuật phân tích nơtron "để tính toán cấu hình hiệu quả nhất điều khiển quy trình phân hạch sản xuất năng lượng''. Phát triển thương mại hoá công nghệ này hiện là trọng tâm của hãng (Pty.) Ltd (Nam Phi), với hy vọng đưa hệ thống thiết bị này ra thị trường quốc tế. (Nguồn: TTQLNĐ)