Lò phản ứng hạt nhân chống sự cố nóng chảy

Thử nghiệm đầu tiên với lò phản ứng hạt nhân tự làm mát trong trường hợp khẩn cấp thành công, chứng minh có thể xây nhà máy điện hạt nhân không có rủi ro nóng chảy.

Nhà máy chứa lò phản ứng HTR-PM ở Sơn Đông. Ảnh: China Huaneng Group

Nhà máy điện hạt nhân quy mô lớn ở Sơn Đông, Trung Quốc là nhà máy đầu tiên trên thế giới hoàn toàn không có nguy cơ tan chảy, thậm chí trong tình huống mất điện toàn bộ. Thiết kế này không thể áp dụng cho các lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động trên thế giới, nhưng có thể mở đường cho phiên bản tương lai, New Scientist hôm 19/7 đưa tin.

Tất cả nhà máy điện hạt nhân hiện đại dựa vào cơ chế làm mát sử dụng điện để loại bỏ nhiệt lượng dư thừa từ lò phản ứng hoặc nhờ vào sự can thiệp của con người để đóng nhà máy trong trường hợp khẩn cấp. Nước hoặc carbon dioxide lỏng thường được dùng như chất làm mát, nhưng chúng thường phụ thuộc vào nguồn cung cấp điện bên ngoài để vận hành.

Nếu những hệ thống trên trục trặc, lò phản ứng có thể trở nên quá nóng, dẫn tới vụ nổ hoặc quá nhiệt, khiến nhà máy nóng chảy từ nhiệt lượng dư thừa. Đây là yếu tố góp phần vào thảm họa hạt nhân Fukushima ở Nhật Bản năm 2011, nơi cả hệ thống điện tiêu chuẩn và khẩn cấp đều bị mất, dẫn tới sự cố nóng chảy.

Thiết kế lò phản ứng tương đối mới mang tên lò phản ứng tầng sỏi (PBR), có lợi thế an toàn, nghĩa là nếu mất điện dùng cho hệ thống làm mát, lò phản ứng có thể tự tắt an toàn. Thay vì sử dụng thanh nhiên liệu mật độ năng lượng cao như nhiều thiết kế lò phản ứng khác, PBR sử dụng số lượng lớn loại "sỏi" mật độ năng lượng thấp làm nhiên liệu. Loại sỏi này chứa lượng nhỏ uranium, bao quanh là graphite. Điều đó có thể giúp làm chậm phản ứng hạt nhân và chịu nhiệt độ cao. Mật độ năng lượng thấp đồng nghĩa bất kỳ nhiệt lượng dư thừa nào sẽ tản ra trên tất cả sỏi, do đó dễ chuyển đi bằng quá trình làm mát tự nhiên như dẫn nhiệt và đối lưu, theo nhà nghiên cứu Zhe Dong ở Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc.

Trong khi các nguyên mẫu lò phản ứng nhỏ được chế tạo ở Đức và Trung Quốc, tính đến nay chưa có PBR kích thước thật nào hoạt động an toàn. Dong và cộng sự chứng minh hệ thống hoạt động với nhà máy hạt nhân kích thước thật thông qua Lò phản ứng làm mát bằng khí nhiệt độ cao module tầng sỏi (HTR-PM) ở Sơn Đông. Trước đó, mọi lò phản ứng thương mại trừ HTR-PM đều có hệ thống làm mát lõi khẩn cấp. Tuy nhiên, do đã an toàn sẵn, nhà máy HTR-PM không cần hệ thống như vậy.

Để kiểm tra lò phản ứng hoạt động thương mại vào tháng 12/2023, Dong và cộng sự tắt cả hai module của HTR-PM khi chúng đang hoạt động hết công suất, thực hiện đo và theo dõi nhiệt độ của các bộ phận khác nhau của nhà máy sau đó. Họ nhận thấy HTR-PM hạ nhiệt tự nhiên và đạt nhiệt độ ổn định trong vòng 35 giờ sau khi mất điện.

An Khang (Theo New Scientist)