Phát triển năng lượng nguyên tử: Kinh nghiệm của người Ấn

Điện hạt nhân trong chiến lược phát triển năng lượng quốc gia

Vào thời điểm mới giành độc lập, nhu cầu năng lượng để phục vụ công nghiệp và xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng đất nước đã trở thành một trong những điểm ưu tiên hàng đầu của Chính phủ Ấn Độ. Giữa lúc đó, nhà vật lý lý thuyết Homi J Bhabha - người sau này trở thành kiến trúc sư trưởng chương trình phát triển năng lượng nguyên tử (NLNT) Ấn Độ đã thấy tiềm năng năng lượng từ chuỗi phản ứng phân hạch hạt nhân và sớm nhận ra khi trữ lượng than thấp, chủ yếu tập trung ở phía Đông còn tiềm năng thủy điện lại bị phân tán và phụ thuộc vào thời tiết thì với ứng dụng làm ra điện, NLNT sẽ đóng vai trò quan trọng trong phát triển công nghiệp Ấn Độ như ông viết trong bức thư gửi Sir Dorabji Tata Trust năm 1944.

Với tầm nhìn của mình, Homi J Bhabha đã đặt mốc khởi đầu cho sự phát triển của năng lượng nguyên tử Ấn Độ.  

Ông đã đề xuất ý tưởng về chương trình điện hạt nhân lên Jawaharlal Nehru - Thủ tướng đầu tiên của Ấn Độ, và nhận được sự đồng thuận. Luật NLNT thông qua vào tháng 4/1948, Ủy ban NLNT (nay là Bộ Năng lượng Nguyên tử) được thành lập 4 tháng sau đó (và được đặt dưới sự chỉ đạo trực tiếp của Thủ tướng) đã trở thành những "viên gạch" đầu tiên xây dựng chương trình NLNT. Kể từ đó tới nay, không chỉ Nehru mà cả những người kế nhiệm ông cũng ủng hộ ước mơ của Homi J Bhabha: Đưa NLNT Ấn Độ đạt tầm quốc tế, thậm chí ngang hàng với những quốc gia tiên tiến.

Xây dựng cơ sở hạ tầng và phát triển lực lượng

Hầu hết thành công mà NLNT Ấn Độ có được là từ tầm nhìn và quyết tâm của Homi J Bhabha. Khi bắt tay vào công việc, để có được cái nhìn toàn diện về nguồn nguyên vật liệu, ông đã đề nghị Ban Khoáng sản nguyên tử (Atomic Minerals Division) của Bộ NLNT khảo sát về trữ lượng các mỏ nguyên liệu của đất nước. Kết quả cho thấy, Ấn Độ có rất ít uranium, nhưng sở hữu nguồn thorium - những nguyên liệu cần thiết cho các phản ứng phân hạch, lớn bậc nhất thế giới (chiếm 1/3 trữ lượng thế giới). Đây là một trong những lý do quan trọng để ông lựa chọn công nghệ lò phản ứng nước nặng áp lực (PHWR) - sử dụng uranium tự nhiên, vì Ấn Độ chưa đủ năng lực tách chiết, làm giàu uranium và lò phản ứng tái sinh nhanh (FBR) - sử dụng đồng vị thorium, rồi lập một chương trình phát triển gồm ba giai đoạn dựa trên ý tưởng về một chu trình nhiên liệu kín (closed fuel cycle). Trong đó, nhiên liệu đã qua sử dụng được tái xử lý thành nguồn nhiên liệu mới và kết quả thu được từ giai đoạn này được áp dụng ngay ở giai đoạn kế tiếp.

Để thực hiện được chương trình phát triển ba giai đoạn này, Ấn Độ cần nguồn nhân lực và hệ thống cơ sở vật chất đủ mạnh.

Từ một xuất phát điểm rất thấp, Ấn Độ giải quyết vấn đề này như thế nào?

Trước hết về nhân lực, Homi J Bhabha đã thực hiện bằng nhiều cách: gửi gần 30 nhà nghiên cứu trẻ tới Pháp - nơi ông có nhiều mối quan hệ quốc tế, để học hỏi kinh nghiệm thiết kế lò Rapsodie làm cơ sở cho lò FBR ở Ấn Độ; hợp tác với Canada - nơi cung cấp thiết kế lò nước nặng CANDU và TS. W.B. Lewis (người thiết kế lò) là bạn cùng học ở Cambridge, để nghiên cứu chuyển giao công nghệ; và mời nhiều nhà khoa học ở Anh như Cockcroft, Blackett - nơi ông từng nhiều năm theo học đại học và làm tiến sỹ vật lý lý thuyết, tới Ấn Độ giảng dạy.

Từ năm 1957, ông mở những khóa huấn luyện thường xuyên (Training School) về KH&CN hạt nhân cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu thuộc các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau và đây là nguồn cung cấp nhân lực chính cho chương trình phát triển điện hạt nhân.

Trong cuộc trả lời phỏng vấn trên Tạp chí Resonance (Ấn Độ) vào tháng 5/2010, nhà vật lý năng lượng cao B V Sreekantan - học trò và cộng sự của Homi J Bhabha tại Viện nghiên cứu cơ bản Tata (TIFR), đã kể về nỗ lực thu hút nhân tài của vị kiến trúc sư trưởng chương trình NLNT Ấn Độ trong những năm đầu xây dựng: "Nhân những chuyến công cán, Bhabha đã chọn được những người xuất sắc nhất trong số những nhà khoa học Ấn Độ đang nghiên cứu tại nước ngoài, mời họ về nước làm việc tại Viện TIFR và Bộ NLNT Ấn Độ. Họ đã trở thành nhân tố chủ chốt của chương trình theo cách như thế".


 

Homi J Bhabha trình bày về công nghệ lò phản ứng nghiên cứu CIRUS. Nguồn: Viện Tata.

Với tinh thần tạo điều kiện cho các nhà khoa học và kỹ sư "học qua hành" (learning by doing), vào năm 1956, Bộ NLNT Ấn Độ đã quyết định xây dựng một nhà máy xử lý uranium, cung cấp nhiên liệu cho lò phản ứng nghiên cứu ở quy mô thử nghiệm ở Viện nghiên cứu NLNT (sau được đổi tên thành Trung tâm nghiên cứu nguyên tử Bhabha BARC) tại Trombay, cùng với việc xây dựng lò APSARA - lò nghiên cứu dạng bể bơi. Với nỗ lực này, Ấn Độ đã trở thành quốc gia đầu tiên ngoài Liên Xô đủ khả năng tự thiết kế và xây dựng lò phản ứng.

Bốn năm sau, Ấn Độ xây dựng thành công CIRUS - lò nghiên cứu trên cơ sở lò nước nặng của Canada. "CIRUS và APSARA đã trở thành những trung tâm xuất sắc trong đào tạo. Những thực nghiệm từ hai lò phản ứng này đã góp phần đem lại sự tự tin cần thiết cho chúng tôi, cũng như hiểu biết về chuyên môn trong thiết kế và vận hành an toàn nhiều lò phản ứng khác" - ông S A Bhardwaj - Chủ tịch Cơ quan An toàn hạt nhân Ấn Độ (Nuclear Safety Regulatory Authority of India) và chủ tịch Ban điều hành NLNT Ấn Độ (Atomic Energy Regulatory Board AERB) đánh giá.

Trên thực tế, những nghiên cứu trên lò CIRUS giúp Ấn Độ chuẩn bị thành công giai đoạn 1 chương trình điện hạt nhân thông qua việc nắm bắt được những phức tạp trong xử lý uranium tự nhiên cũng như những vấn đề thiết yếu về công nghệ lò PHWR. Do Canada rút khỏi hợp tác về lò PHWR với Ấn Độ vào năm 1974 nên kể từ đó, các nhà khoa học và kỹ sư quốc gia này đã phải tự lực trong thiết kế và xây dựng.

Trong những tài liệu đề cập đến lịch sử phát triển NLNT Ấn Độ, nhiều nhà nghiên cứu Ấn Độ cũng bình luận, năng lực trong tất cả các khía cạnh của R&D, thiết kế vật lý lò, thiết kế kỹ thuật, phân tích an toàn… được khởi đầu từ đây cũng như từ hệ thống các lò phản ứng nghiên cứu mà Trung tâm BARC sở hữu sau này như lò PURNIMA, KAMINI... Những hiểu biết và năng lực trong các lĩnh vực cơ bản của công nghệ hạt nhân của các nhà nghiên cứu và kỹ sư Ấn Độ đã được tích lũy trước khi họ bước vào vận hành những nhà máy điện hạt nhân thực thụ.

R&D gắn kết với công nghiệp

Muốn thực hiện được tốt chương trình điện hạt nhân, cần phải sẵn sàng có một nền công nghiệp phát triển ở trình độ cao về cơ khí, vật liệu thép hợp kim, tự động điều khiển, điện tử, tin học… và những yêu cầu khắt khe, chặt chẽ của công nghệ hạt nhân.

Để đáp ứng được điều đó, năm 1967 họ thành lập công ty nhà nước Uranium Ấn Độ (Uranium Corporation of India Limited UCIL) tại bang Jharkhand chuyên khai thác và chế biến uranium. Năm 1968 thành lập công ty Tổ hợp Nhiên liệu hạt nhân (Nuclear Fuel Complex NFC) tại thành phố Hyderabad để sản xuất nhiên liệu hạt nhân, các cấu trúc hợp kim zirconium, các vật liệu hình ống của các vật liệu đặc biệt dùng để chế tạo lò phản ứng. Năm 1967 thành lập công ty điện tử Ấn Độ (Electronics Corporation of India Limited ECIL) cũng tại Hyderabad sản xuất các thiết bị điện tử hạt nhân, các thành phần thiết bị điện tử, các hệ thống điều khiển điện tử hạt nhân…

Giáo sư vật lý lý thuyết Bhalchandra Udgaonkar đã gọi đây là "các công ty spinoff" của Bộ NLNT Ấn Độ. Do trong những năm 1970, các doanh nghiệp Ấn Độ mới chỉ sản xuất được một số sản phẩm nổi bật như đường, phân bón, xi măng và một số loại hóa chất, vì vậy Bộ NLNT Ấn Độ đã chủ động tiến hành đánh giá năng lực của các cơ sở công nghiệp Ấn Độ và lựa chọn các nhà cung cấp có tiềm năng.

Tuy nhiên, Bộ NLNT Ấn Độ không để các công ty này phải tự thân vận động. Năng lực sản xuất của họ đã được nâng lên thông qua R&D cùng các viện nghiên cứu, hoặc các tổ chức khác của Bộ: Trung tâm BARC, Viện TIFR, Trung tâm nghiên cứu lò phản ứng (sau đổi tên thành Trung tâm nghiên cứu nguyên tử Indira Gandhi - Indira Gandhi Centre for Atomic Research IGCAR), Trung tâm Công nghệ tiên tiến Raja Rammana (Raja Ramanna Centre for Advanced Technology  RRCAT)… Các bên sẵn sàng chia sẻ kinh nghiệm và cả kinh phí sản xuất thử nghiệm, một sự kết hợp đầy ý nghĩa trong thực hiện nhiệm vụ chung của đất nước giữa cơ quan chính phủ, doanh nghiệp nhà nước và doanh nghiệp tư nhân.  

Dưới cái nhìn của giáo sư Srikumar Banerjee, khoa học vật liệu và khoa học máy tính là hai ví dụ điển hình về sự "hưởng lợi" trực tiếp từ việc tham gia chương trình điện hạt nhân.

Theo phân tích của ông trong bộ sách "Saga Atomic energy in India" (tạm dịch "Câu chuyện về năng lượng nguyên tử Ấn Độ") - cuốn "lược sử" ngành NLNT nước này, chu trình nhiên liệu kín mà Ấn Độ thực hiện, từ việc khai khoáng, phân tích, tách chiết nguyên liệu uranium, thorium, zicornium… đến lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng và tái chế thành vật liệu hỗn hợp (MOX fuel) đòi hỏi sự hợp tác của nhiều bên liên quan. Kết quả là trong vòng 6 thập kỷ nghiên cứu về vật liệu hạt nhân ở BARC, họ đã tìm ra được những vật liệu siêu tinh khiết (high pure materials) bằng những kỹ thuật tiên tiến và thiết bị đặc biệt để có thể chế tạo điện những hợp phần thiết bị trong lò phản ứng. Điều đó đã tác động rất lớn đến quá trình phát triển của ngành khoa học vật liệu Ấn Độ và góp phần đưa Ấn Độ trở thành một trong những quốc gia dẫn đầu khu vực châu Á Thái Bình Dương về khoa học vật liệu. Viện Công nghệ Ấn Độ xếp hạng 20 trong danh sách các viện nghiên cứu về khoa học vật liệu được trích dẫn nhiều nhất.

Còn với ngành khoa học máy tính, họ cũng phải nỗ lực để đáp ứng những yêu cầu ngày càng tăng về năng lực tính toán của cộng đồng khoa học và kỹ sư của chương trình điện hạt nhân. Ví dụ, chỉ riêng quá trình nóng chảy để sản xuất các loại hợp kim được tạo ra trên cơ sở những kim loại như: Ni-Ti, Cu-Zn-Al và Fe thì một mô hình tính toán riêng biệt cho ứng xử cơ nhiệt của hợp kim đã được thiết lập. Trên nền tảng sản xuất các phần cứng điện tử, công ty ECIL đã chế tạo được nhiều phần cứng điện tử cho những ứng dụng xã hội khác.

Nỗ lực của các bên tham gia đã được đền đáp, năm 1974 hình thành nhà máy sản xuất nhiên liệu hạt nhân và xây dựng lò luyện nhiệt độ cao để nung kết viên ô xít urani (UO2), trên cơ sở đó Ấn Độ đã thiết kế được nhiều lò nung sản xuất các vật liệu thép hợp kim, nhiên liệu hạt nhân đến các chi tiết, thiết bị, máy bơm chân không, máy quay tốc độ cao, hệ thống điều khiển điện tử… vào những năm 1980.

Cũng xuất phát từ thực tế đó mà sau này, người ta thường xuyên bắt gặp những từ "tự lực" (self-reliance), sản xuất trong nước (indigenous, in-house) trong các báo cáo với Cơ quan NLNT Quốc tế (IAEA) và công bố quốc tế đề cập đến chương trình phát triển NLNT, điện hạt nhân Ấn Độ. 

Tác động đến khoa học và ngành công nghiệp

Theo số liệu tổng kết thì chương trình NLNT đã trở thành một chương trình hợp tác đa ngành với sự tham gia của 63 tổ chức trong và ngoài Bộ NLNT. Có lẽ trên đất nước Ấn Độ, hiếm có dự án nào lại gắn kết nhiều ngành khoa học đến thế, không chỉ vật lý hạt nhân, vật lý lò phản ứng, hóa phóng xạ, hóa nước mà còn cả cơ khí, khai mỏ, luyện kim, tự động hóa, điện tử, công nghệ thông tin, khoa học vật liệu… Thông qua quá trình thực hiện nhiệm vụ, năng lực nghiên cứu của các lĩnh vực này đã được nâng lên rõ rệt.

Trong cuốn "Homi Bhabha and the computer revolution" (tạm dịch "Homi Bhabha và cuộc cách mạng máy tính") cũng đã đề cập đến Trombay Digital Computer (TDC 12) - một trong những chiếc máy tính đầu tiên của Ấn Độ, do ECIL thiết kế vào năm 1969 như một hệ quả của chương trình.

Nhưng những tác động của ngành NLNT với đất nước Ấn Độ không chỉ có thế, càng không chỉ dừng lại ở mục tiêu sản xuất điện để đóng góp vào việc giữ vững an ninh năng lượng. Chương trình điện hạt nhân đã tác động nhiều mặt đến các ngành công nghiệp nội địa khi đặt ra những yêu cầu buộc phải đáp ứng.

"Saga Atomic energy in India" đã nêu: "Các công nghệ được phát triển từ quá trình chuẩn bị vật liệu đến sản xuất ở quy mô công nghiệp, từ thiết kế đến chế tạo, từ chuyển giao công nghệ đến việc phát triển trong ngành công nghiệp, Bộ NLNT Ấn Độ đã góp phần sản sinh nhiều công ty spinoff cho đất nước… Và trong chương trình nội địa hóa công nghệ, nhiều ngành công nghiệp Ấn Độ đã được khuyến khích chấp nhận thách thức khi phát triển thiết bị theo những tiêu chuẩn vô cùng khắt khe, điều đó đã góp phần đẩy mạnh nền sản xuất cho đất nước. 

Năm 2011, nhà vật lý hạt nhân Siegfried Hecker - cựu Giám đốc Phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Los Alamos, đã nhận xét về Ấn Độ trên Physics Today: "Quốc gia này có chương trình NLNT với nhiều đổi mới sáng tạo và tham vọng về công nghệ bậc nhất thế giới". Ngày nay, chương trình phát triển ba giai đoạn vẫn tiến về phía trước với những mục tiêu không ngừng được nâng lên: phát triển và thương mại hóa công nghệ lò FBR để nâng mức đóng góp vào kế hoạch năng lượng của đất nước và trở thành nhà cung cấp công nghệ cho thị trường quốc tế. 

THANH NHÀN (TỔNG HỢP)

Tài liệu tham khảo chính:

1. “Saga Atomic energy in India”. Nguồn: http://www.dae.nic.in/?q=node/91

2. “Indian nuclear power programe: Past, present and future”. Nguồn: https://www.ias.ac.in/article/fulltext/sadh/038/05/0775-0794

3. “Growth of nuclear energy in India: Industrial challenges and prospects”. Nguồn: http://www.cstep.in/uploads/default/files/publications/stuff/CSTEP_Growth_of_Nuclear_Energy_in

 NGUỒN: TIASANG.COM.VN