Nhà máy điện hạt nhân nổi Akademik Lomonosov, cung cấp điện năng cho Chaun-Bilibino hẻo lánh ở Pevek, thuộc vùng Viễn Đông của Nga.

 Nguồn ảnh: world-nuclear-news.org

 1.4 Câu chuyện thành công

Được xây dựng vào năm 1980 và đưa vào hoạt động năm 1984 theo thỏa thuận hợp tác hạt nhân với Nga, lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt 500kW đang hoạt động thuộc Viện Nghiên cứu Hạt nhân (Đà Lạt). Lò phản ứng này thay thế lò phản ứng trước đó của Mỹ bắt đầu hoạt động từ năm 1963 nhưng đã bị Mỹ tháo dỡ vào đầu những năm 1970. Năm 2007, Mỹ đã giúp chuyển đổi lò phản ứng Đà Lạt sang sử dụng nhiên liệu có độ giàu thấp. Lò được thiết kế để sản xuất đồng vị phóng xạ, phân tích kích hoạt neutron, nghiên cứu cơ bản và ứng dụng cũng như giáo dục và đào tạo trong lĩnh vực hạt nhân. Hơn bốn thập kỷ vận hành trơn tru, lò phản ứng đã hoàn thành tất cả các nhiệm vụ được thiết kế một cách thành công. Đặc biệt, lò đã được sử dụng hiệu quả để sản xuất nhiều loại đồng vị và dược phẩm phóng xạ cho các trung tâm y học hạt nhân cũng như công nghiệp, nông nghiệp và thủy văn. Tại đây, phương pháp kết hợp kỹ thuật phân tích hạt nhân và hóa lý đã được phát triển để phân tích định lượng khoảng 70 nguyên tố và thành phần trong các mẫu khác nhau; các thí nghiệm trong lĩnh vực đo lường dữ liệu hạt nhân, chụp ảnh bức xạ neutron và nghiên cứu cấu trúc hạt nhân đã được thực hiện. Lò đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo nguồn nhân lực trên quy mô cả nước, từ sinh viên đại học đến các nhà khoa học, kỹ thuật viên và kỹ sư. Bắt đầu từ 2010, ROSATOM hợp tác với MOST để thành lập một Trung tâm (CNEST, năm 2011 đổi tên thành CNST, tên viết tắt từ tiếng Anh của Trung tâm Khoa học và Công nghệ Hạt nhân) dự kiến quản lý một lò phản ứng nghiên cứu nước áp lực 15MW thay thế lò phản ứng Đà Lạt. Hiện nay, người ta nói khá nhiều về công suất 10 triệu watt: vào cuối tháng 9/2023, tại đại hội đồng IAEA², Thứ trưởng Lê Xuân Định đã đại diện Bộ KH&CN tuyên bố rằng “[…] Lò phản ứng nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã đóng một vai trò then chốt trong tiến hành nghiên cứu khoa học, bồi dưỡng các chuyên gia lành nghề và sản xuất các dược phẩm phóng xạ thiết yếu, vừa để phục vụ nhu cầu trong nước vừa cung cấp cho nước khác. Hiện nay, Việt Nam đang tích cực tham gia vào nỗ lực quan trọng xây dựng Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Hạt nhân, được trang bị lò phản ứng nghiên cứu với công suất trung bình 10MW. Dự án có tầm nhìn xa này nhằm mục đích thay thế lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt đã cũ, đảm bảo cam kết tiếp tục của Việt Nam trong việc khai thác năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế-xã hội. Việt Nam cảm ơn sự hỗ trợ của Cơ quan trong việc thực hiện dự án này, đặc biệt thông qua các dự án TC thúc đẩy Chương trình Phát triển An toàn Lò phản ứng. Việt Nam mong đợi sự hợp tác liên tục với IAEA, bao gồm tham vấn, phát triển nguồn nhân lực, v.v…, để đảm bảo thực hiện thành công dự án quan trọng này. Hợp tác này sẽ đặc biệt quan trọng khi chúng tôi khởi động các hoạt động thiết yếu trong hai năm tới, bao gồm khảo sát và đánh giá địa điểm cũng như báo cáo Nghiên cứu khả thi.” Quả thực, nhu cầu thay thế lò phản ứng Đà Lạt đã trở nên cấp bách, như giáo sư Phạm Duy Hiển³, một trong những viện trưởng thành công nhất của lò phản ứng này đã nhấn mạnh gần đây.

Lò phản ứng nghiên cứu không phải là lò phản ứng sản xuất điện, nhưng những kinh nghiệm, chuyên môn, kiến thức và sự quen thuộc với văn hóa vận hành lò được tích lũy ở Đà Lạt trong nhiều năm qua nên được các cơ quan chức năng ở Hà Nội đánh cao.

1.5 Ngày nay chúng ta đang ở đâu?

Năm 2014, 344 sinh viên đại học và sau đại học của Việt Nam đã sang Nga học tập để chuẩn bị cho dự án Phước Dinh và 150 kỹ sư đã giúp xây dựng nhà máy hạt nhân Rostov. Đầu năm 2017, 28 người Việt Nam đã trở thành sinh viên quốc tế đầu tiên tốt nghiệp khóa học sáu năm về công nghệ hạt nhân tại Đại học Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia Nga. Cuối 2014, Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) và Đại học Điện lực đã ký thỏa thuận với GEH về hợp tác trong lĩnh vực kỹ thuật hạt nhân. Vào tháng 10/2015, một thỏa thuận khác đã được ký kết giữa GEH và VAEA nhằm nâng cao hiểu biết về công nghệ lò phản ứng nước nhẹ cũng như quản lý dự án hạt nhân và đào tạo nhân viên. Tính đến nay đã hơn 10 năm, các công ty Nhật Bản như Toshiba và Hitachi đều hỗ trợ đào tạo về công nghệ điện hạt nhân tại HUST.

Hiện nay, sau khi hủy bỏ chương trình điện hạt nhân vào năm 2016, nguồn nhân lực có chuyên môn trong lĩnh vực nhà máy điện hạt nhân ở đâu? Khi cử thanh niên Việt Nam đi đào tạo ở nước ngoài ở những lĩnh vực mà đất nước không có cơ hội đào tạo phù hợp, cần giữ liên lạc chặt chẽ với họ trong thời gian họ ở nước ngoài, tạo cho họ những vị trí việc làm hấp dẫn khi trở về và phát triển cơ sở hạ tầng trong nước cho phép họ không chỉ duy trì mà còn phát triển tài năng và kiến thức chuyên môn thu được khi học ở nước ngoài. Không làm như vậy sẽ dẫn đến chảy máu chất xám, đồng nghĩa với việc lãng phí nguồn lực lớn, biến sự đầu tư đó thành một khoản đầu tư vô ích. Thật không may, Việt Nam lại có tiếng không tốt trong lĩnh vực này, ít nhất là theo những gì tôi biết về những lĩnh vực mà tôi quen thuộc. Trong trường hợp hiện tại, hầu hết những người đã được đào tạo tại Nga trong khuôn khổ dự án Ninh Thuận đều không duy trì được sự kết nối với công nghệ điện hạt nhân; nguồn chính các nhà khoa học và kỹ sư duy trì kiến thức và chuyên môn trong lĩnh vực này là tại INST, với một nhóm khoảng hơn chục người.

2. Lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR)

2.1 Tổng quan ngắn gọn

SMR có kích thước nhỏ, công suất nhỏ hơn một bậc so với các lò phản ứng tỉ watt thông thường. Lò có tính mô-đun, nghĩa là có thể được chế tạo trong một nhà máy, sau đó được vận chuyển, lắp đặt và vận hành tại một địa điểm riêng biệt. Lợi thế chính của loại lò này là: không yêu cầu nhân sự lớn để vận hành; an toàn hơn dựa vào các hệ thống thụ động hoạt động không cần sự can thiệp của con người; tiếp nhiên liệu với tần suất thấp, khoảng chục năm một lần; diện tích nhỏ, ít ràng buộc hơn trong việc chọn địa điểm đặt lò; chi phí và thời gian xây dựng thấp; cho phép triển khai dần phù hợp với nhu cầu năng lượng ngày càng tăng; có khả năng hòa vào lưới điện hiện có hoặc ngoài lưới từ xa. Ngược lại với các lò phản ứng lớn thông thường, SMR có thể được lắp đặt trong buồng ngầm kín nếu cần thiết. Tính linh hoạt vốn có của mô-đun cho phép các SMR mới có thể được bổ sung dần dần khi tải trên lưới tăng lên. Ngoài ra, tính mô-đun cho phép sản xuất nhanh chóng với chi phí giảm sau khi hoàn thành lò phản ứng đầu tiên. Tại một địa điểm có thể xây dựng một vài SMR cho phép một lò ngừng hoạt động để tiếp nhiên liệu trong khi các lò khác vẫn chạy.

SMR duy trì khả năng làm mát lõi bằng hệ thống an toàn thụ động, giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng hệ thống phun áp lực và không cần nguồn điện khẩn cấp trong trường hợp xảy ra sự cố. Một số thiết kế sử dụng đối lưu nhiệt để làm mát, giúp loại bỏ sự cần thiết của các máy bơm làm mát có thể bị hỏng. Hệ số nhiệt độ âm của chất điều khiển và nhiên liệu giữ cho các phản ứng phân hạch được kiểm soát, diễn ra chậm hơn khi nhiệt độ tăng. Hệ thống an toàn thụ động đơn giản và dễ vận hành hơn, có thể loại bỏ nhiệt thụ động ra khỏi khu vực ngăn chặn. SMR có thể giữ lại các sản phẩm phụ của nhiên liệu phân hạch nhiễm vào chất làm mát khi xảy ra tai nạn nghiêm trọng. Trong các thiết kế SMR tích hợp, lõi lò phản ứng sơ cấp, bộ tạo hơi nước và bộ điều áp được tích hợp trong thùng lò phản ứng kín. Thiết kế tích hợp này cho phép giảm thiểu sự cố có thể xảy ra vì có thể dễ dàng ngăn chặn rò rỉ phóng xạ, đây là một ưu thế so với các lò phản ứng lớn hơn luôn có nhiều bộ phận bên ngoài thùng chứa. Hơn nữa, thiết kế này cho phép dễ dàng chôn lò phản ứng và các bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng dưới lòng đất khi hết thời hạn sử dụng, tăng tính an toàn khi xử lý chất thải.

SMR thường được mong đợi sẽ cung cấp năng lượng cho mạng lưới điện cơ sở; một số thiết kế cho phép điều chỉnh sản lượng điện dựa vào nhu cầu. Một cách tiếp cận khác của SMR là gọi là đồng phát, tức là duy trì sản lượng ổn định, đồng thời chuyển lượng nhiệt không cần thiết cho những mục đích sử dụng phụ trợ như sưởi ấm, khử muối và sản xuất hydro.

Ưu và nhược điểm của SMR được các nhà xây dựng và người sử dụng nhìn nhận khác nhau. Các nhà xây dựng ưu tiên chuyển đổi tính kinh tế đơn lẻ sang kinh tế sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, người dùng cũng có thể sẵn sàng trả nhiều tiền hơn cho mỗi triệu watt điện sản xuất nếu SMR phù hợp hơn với nhu cầu thực tế của họ. Tương tự như vậy, các quốc gia phát triển và đang phát triển có thể có quan điểm và mong đợi khác nhau từ SMR. Các nước phát triển coi chúng như một chiến lược mới nhằm ứng phó với tác động tai hại của dư luận phi lý đối với chính sách năng lượng hạt nhân trong năm thập kỷ qua, ý thức rằng trung thành với quá trình khử carbon đang mang lại cơ hội hiếm có để hồi sinh năng lượng hạt nhân. Các nước đang phát triển lại coi SMR như là cơ hội để chuyển đổi chính sách năng lượng một cách suôn sẻ hơn khi phải đối mặt với tình trạng cạn kiệt nguồn dự trữ nhiên liệu hóa thạch.

SMR được hình dung trong nhiều thiết kế là phiên bản đơn giản hóa của các lò phản ứng hiện tại, thường là lò phản ứng neutron nhiệt sử dụng ²³⁵U làm vật liệu phân hạch, dựa vào chất điều tiết để làm chậm neutron và sử dụng nước làm chất làm mát. Những công nghệ khác liên quan đến các công nghệ hoàn toàn mới, bao gồm các lò phản ứng tái tạo nhanh, có thể đốt ²³⁹Pu và không có chất điều tiết; chúng có thể sử dụng các chất làm mát khác nhau, chẳng hạn như khí hoặc muối nóng chảy và kim loại.

Trong thập kỷ vừa qua, cả các tổ chức công và tư đều đang tích cực tham gia vào nỗ lực đưa công nghệ SMR thành hiện thực. Hiện có hơn 80 thiết kế lò phản ứng mô-đun đang được phát triển ở 19 quốc gia và các tổ máy SMR đầu tiên đang hoạt động ở Trung Quốc và Nga. Tổ máy đầu tiên của lò phản ứng HTR-PM làm mát bằng khí mô-đun nhiệt độ cao tầng sỏi của Trung Quốc đã được kết nối với lưới điện vào năm 2021. Việc xây dựng Linglong-1, lò phản ứng trình diễn ACP100 công suất 125 triệu watt, đã bắt đầu hoạt động ở miền Nam Trung Quốc⁴. Đây là lò phản ứng trình diễn thương mại trên đất liền đầu tiên, dự kiến đi vào hoạt động vào 2026. Đây là lò phản ứng nước điều áp dạng mô-đun, quy mô nhỏ, đa mục đích, có độ an toàn cao, được thiết kế để sản xuất điện, sưởi ấm, sản xuất hơi nước hoặc khử mặn nước biển. Trung Quốc coi tương lai của SMR là “đầy hứa hẹn, đặc biệt đối với các nước đang phát triển mong muốn khai thác năng lượng hạt nhân sạch, an toàn để đáp ứng các mục tiêu môi trường của họ, đặc biệt là những nước tham gia Sáng kiến Vành đai và Con đường”.

Các kỹ sư hạt nhân đang giám sát việc đưa các thanh nhiên liệu vào lò phản ứng. Nguồn: Rosatom.