70 năm nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới - Bài học lớn từ lịch sử

Việt Nam nên xem xét bổ sung điện hạt nhân vào Quy hoạch điện VIII Cạnh tranh kinh tế và bảo đảm sự ổn định của hệ thống điện quốc gia là yếu tố quan trọng để xem xét tái khởi động dự án điện hạt nhân. Điều này cũng sẽ giúp Việt Nam có thể đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0 (Net zero) vào năm 2050.

Điện hạt nhân - Nguồn làm mát biến đổi khí hậu, gợi ý cho trường hợp Việt Nam Vấn đề khí nhà kính đã, đang và sẽ tiếp tục gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu, nước biển dâng, biến đổi khí hậu - là thách thức lớn của loài người. Các hiện tượng khí hậu cực đoan ngày càng nhiều và dữ dội (từ bão tố, lũ lụt, đến nắng nóng, hạn hán, băng tan nhanh, hệ sinh thái bị huỷ hoại nhiều nơi trên toàn cầu). Tuy nhiên, đang và sẽ có nhiều giải pháp căn cơ để cứu hành tinh và nhân loại. Tổng hợp, phân tích và đề xuất, kiến nghị của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Chuyển đổi từ điện than sang điện hạt nhân - Câu chuyện của Hoa Kỳ, có gợi ý cho Việt Nam? Với mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát, đánh giá việc chuyển đổi các nhà máy nhiệt điện than thành các nhà máy điện hạt nhân. Kết quả cho thấy: Hàng trăm địa điểm nhà máy nhiệt điện than của nước này có thể được chuyển đổi sang nhà máy điện hạt nhân, giúp tạo thêm việc làm mới, tăng lợi ích kinh tế và cải thiện đáng kể điều kiện môi trường.

Những ngày tháng 6 vừa qua, Thành phố Obninsk ở vùng Kaluga - nơi cách Thủ đô Moscow 100 km về phía Tây Nam trở thành điểm đến của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước Nga. Thành phố khoa học (Naukograd) đầu tiên của nước Nga Xô Viết có thể tự hào về lịch sử phát triển của chính mình.

Obninsk - nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới đã trở thành bảo tàng và là một phần di sản của nước Nga. Nguồn: Rosatom.

Trên thế giới, không có nhiều nơi giống như Obninsk (ngoại trừ Idaho), chứng kiến điểm khởi nguyên của quá trình sử dụng năng lượng từ chuỗi phản ứng phân hạch trong lò phản ứng hạt nhân thành dòng điện, “một món quà kỳ diệu của khoa học” như lời nhận xét của nhà vật lý Dmitry Blokhintsev.

Quá trình chuyển đổi ấy không chỉ làm thay đổi quan điểm của thế giới về năng lượng hạt nhân mà còn tạo nền móng cho nền khoa học Nga và là điểm tựa cho những đổi mới sáng tạo của ngành công nghiệp hạt nhân sau này.

Những gì Obninsk đã làm được, vì thế, đã vượt qua sứ mệnh được trao từ năm 1954.

Món quà kỳ diệu từ Obninsk:

Obninsk ngày nay là một Thành phố khá thịnh vượng của nước Nga, với nhiều tiềm lực công nghệ và các nhà máy của Công ty Máy tính Kraftway, Công ty Xây dựng Kỹ thuật Luyện kim Rautaruukki, Công ty Dược phẩm Hemofarm, Công ty Lotte Confectionery… Nhưng vào những năm 1940, tất cả những điều này còn chưa xuất hiện. Lịch sử khoa học và công nghệ của Obninsk chỉ thực sự bắt đầu vào tháng 5/1946 - khi Phòng thí nghiệm số 5 được thành lập.

“Vào giữa những năm 1940, nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển (R&D) đã được Liên Xô thành lập với mục tiêu mở rộng phạm vi của các hoạt động nghiên cứu về vật lý hạt nhân, phát triển các phương pháp phân tách đồng vị phóng xạ… Phòng thí nghiệm được lập ở Obninsk là một trong những số đó” - Nhà vật lý Dmitry Blokhintsev - Giám đốc đầu tiên của Phòng thí nghiệm số 5 nhớ lại trong cuốn Kỷ yếu 20 năm thành lập Nhà máy điện hạt nhân Obninsk. “Vào thời điểm bắt đầu, tiềm năng của Phòng thí nghiệm số 5 vẫn chưa được đánh giá đúng mức. Các mối quan tâm của nó chưa thể so được với những vấn đề khoa học đang dấy lên từ các phòng thí nghiệm tương tự”.

Ở thuở bình minh của năng lượng hạt nhân, khi chứng kiến phản ứng dây chuyền xảy ra trong phòng thí nghiệm, nhiều nhà khoa học vẫn chưa định nghĩa nổi hiện tượng này. “Nhà hóa học phóng xạ Otto Hahn và Fritz Strassmann dùng các neutron bắn phá uranium, làm các hạt nhân uranium thay đổi và bị phá vỡ thành hai mảnh hạt nhân khác - một quá trình họ không thể hiểu được” - GS. Đào Tiến Khoa từng trao đổi tại phiên họp Hội đồng KHCN và Đào tạo, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (VINATOM). Mặc dù sau đó, nhà vật lý hạt nhân Lise Meitner và Otto Frisch - cháu bà đã sử dụng công thức nổi tiếng của Einstein E=mc2 để tính toán và kết luận: “Năng lượng được giải phóng là kết quả của một quá trình mà họ vay mượn khái niệm phân chia tế bào trong sinh học - phân hạch nhị phân - để gọi phản ứng phân hạch hạt nhân”. Nhưng tất cả vẫn còn ở dạng sơ khởi.

“Ngày 27/6/1954, từ Obninsk, lò phản ứng hạt nhân đầu tiên đã được nối lưới điện với 5 MW, đánh dấu một bước ngoặt lịch sử khi chứng minh cho thế giới thấy năng lượng nguyên tử có thể dùng cho mục đích hòa bình. Khi đó, Phòng thí nghiệm số 5 đứng giữa sự lựa chọn nghiên cứu vật lý hạt nhân thuần túy, ví dụ như thiết kế một máy gia tốc hạt để nghiên cứu về các hạt cơ bản và nghiên cứu ứng dụng liên quan đến kỹ thuật điện. Trong đó, vấn đề thứ hai dường như thú vị (nếu nhìn từ góc độ khoa học và công nghệ) và bên cạnh đó, nhiều phòng thí nghiệm khác cũng thấy hướng đi thứ hai rất khó” - Blokhintsev viết.

Vào thời điểm khó khăn ban đầu, khi Phòng thí nghiệm số 5 còn xa với các khái niệm năng lượng hạt nhân sau này, cuộc sống và làm việc ở Obninsk vô cùng vất vả và thiếu thốn. “Công nhân sống ở các doanh trại, kỹ sư và các nhà nghiên cứu sống trong các ngôi nhà nhỏ kiểu Phần Lan, được xây rải rác quanh các phòng thí nghiệm nhỏ và văn phòng”. Những dòng chia sẻ của Blokhintsev về điểm khởi đầu của Obninsk khiến thế hệ sau tạm hình dung ra những thách thức về vật chất của “một nhóm nhỏ các nhà khoa học Xô Viết được tập hợp ở đây”. Nhưng sức hấp dẫn của việc sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình “cuốn hút đến nỗi ai cũng coi những bất tiện của đời sống chỉ là chuyện vặt vãnh, không đáng phải bận tâm. Dự án táo bạo đó đã thu hút chúng tôi từ giai đoạn đầu tiên. Trên thực tế, đó chỉ là bước đầu của cả một hành trình” - Blokhintsev viết.

Sau này, Phòng thí nghiệm số 5 được đổi tên thành Viện Vật lý và Kỹ thuật điện (IPPE) như một xác quyết cho sứ mệnh của mình.

Đây là cả một hành trình đầy khó khăn. Bởi lẽ, ngoài các dự án chạy đua làm bom nguyên tử của Mỹ, Liên Xô, Đức và thậm chí cả Anh, trên thế giới chưa có bằng chứng nào về việc năng lượng từ chuỗi phản ứng phân hạch có thể làm ra điện. Văn phòng Lịch sử và Nguồn di sản (Bộ Năng lượng Mỹ) cũng từng bình luận là ngay cả đối với việc thiết kế và chế tạo bom hạt nhân cũng có nhiều thách thức, vì chưa ai biết được đâu là phương pháp đúng để chuyển đổi khái niệm do chính các nhà khoa học Đức tìm ra thành hiện thực.

Bảy thập kỷ sau nhìn lại, ông Alexey Likhachev - Tổng Giám đốc Rosatom nhận xét trong lễ kỷ niệm diễn ra một cách giản dị, không màu mè, khuôn sáo và ồn ào, nhưng vừa đủ để những người tham dự thấy được sự trân trọng các đóng góp của những người đặt nền móng.

Ông nói: “Việc chứng minh được là có thể sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình vào thời điểm đó là một thách thức lớn. Vì sao ư? Là vì từ trước tới những năm 1940-1950, chưa có ai làm như thế cả, chưa có ai vạch ra được con đường đưa nó trở thành năng lượng phục vụ cuộc sống hằng ngày”.

Bản thân Blokhintsev và cộng sự cũng cảm nhận được khó khăn này: Tại điểm bắt đầu, vẫn còn chưa chắc chắn câu trả lời cho câu hỏi cơ bản - liệu có đáng không khi cố gắng khai thác dòng điện từ việc chuyển đổi năng lượng hạt nhân? Ngày nay, không còn ai có thể nghi ngờ về câu trả lời, bởi vì điện hạt nhân đã được chứng tỏ là tin cậy, an toàn và kinh tế. Nhưng vào đầu những năm 1950, không chỉ nỗi nghi ngờ xuất hiện khắp nơi nơi, khiến các chuyên gia cũng thận trọng trong việc nêu quan điểm.

Việc sử dụng thiết kế nào để chuyển đổi năng lượng nguyên tử thành dòng điện chỉ trở nên rõ ràng sau khi Igor Kurchatov - kiến trúc sư của chương trình năng lượng nguyên tử Liên Xô đề xuất một thiết kế khả thi lò phản ứng hạt nhân với neutron chậm và Blokhintsev được trao trọng trách dẫn dắt dự án.

Dĩ nhiên, người Nga không đơn độc trong dự án này. Ở Mỹ, vào tháng 12/1951, một lò phản ứng hạt nhân ở Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho (Tp. Idaho Falls), lò phản ứng tái sinh thực nghiệm EBR-I đã tạo ra điện để đủ thắp sáng 4 bóng đèn 200 Watt.

Người Nga đã làm được hơn thế. Vào ngày 27/6/1954, từ Obninsk, lò phản ứng hạt nhân đầu tiên đã được nối lưới điện với 5 MW - đánh dấu một bước ngoặt lịch sử khi chứng minh cho thế giới thấy năng lượng nguyên tử có thể dùng cho mục đích hòa bình - như đánh giá của ông Likhachev: “Khi Liên Xô tổ chức họp báo, công bố về nhà máy điện hạt nhân, ngay cả Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) cũng rất ngạc nhiên, không nghĩ Nhà máy Obninsk có thể nối lưới điện”.

Vào năm 2015, khi đánh giá lại sự kiện lịch sử này, một nhà khoa học Mỹ, TS. John Morrissey của Trường Đại học Stanford đã nhận định: “Năng lượng hạt nhân đã vượt qua lằn ranh phân định giữa việc sử dụng cho mục tiêu quân sự với những ứng dụng dân sự. Với một lò phản ứng chỉ 5 MW, nhà máy này không nhằm để giải quyết vấn đề quyền lực của Xô Viết, hay cấu trúc lại vị trí của họ trong Chiến tranh lạnh. Thay vào đó, Nhà máy đã được xây dựng như một thực nghiệm về điện thương mại. Một lò phản ứng hạt nhân có thể sử dụng để cung cấp điện thương mại không? Obninsk chứng tỏ rằng có thể”.

Lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới. Ảnh TASS/Valentin Kunov.

Nền tảng cho những đột phá khoa học:

Việc thiết kế, lắp đặt và vận hành thành công một nhà máy điện hạt nhân ở thuở bình minh của năng lượng hạt nhân cho đến nay vẫn được coi là một đột phá. Tuy nhiên, điều mà Obninsk đem lại cho khoa học Nga còn nhiều hơn thế.

Kể từ Phòng thí nghiệm số 5, đến Nhà máy điện hạt nhân Obninsk, các nhà khoa học, kỹ sư, công nhân xây dựng và những người làm trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ khắp đất nước đã tới Obninsk - nơi đã hình thành một Thành phố mang tên Nhà máy điện này (kể từ ngày 24/6/1956). Trong quá trình vận hành của mình, Obninsk chưa khi nào gây ra những sự cố rò rỉ ảnh hưởng đến môi trường và người dân sống ở Thành phố này. Cả một hệ sinh thái khoa học đã được xây dựng ở Thành phố, với 12 cơ sở nghiên cứu gồm: Viện Kỹ thuật Điện hạt nhân Obninsk, Viện Nghiên cứu Phóng xạ Nông nghiệp và Thú y Nga, Viện Nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp Nga, cùng chi nhánh của các viện nghiên cứu liên bang. Nhà máy không chỉ để cung cấp thêm những hiểu biết hỗ trợ Obninsk và cả ngành năng lượng hạt nhân Nga, mà còn phục vụ nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội thiết yếu (như y học, khí tượng khí hậu, nông nghiệp…).

Đó là những cơ sở hạ tầng nghiên cứu được hình thành trong quá trình phát triển của Obninsk và trong quá trình khai thác các ứng dụng của những kỹ thuật hạt nhân. Bên cạnh đó, còn có những đóng góp lớn lao hơn của nhà máy điện hạt nhân nổi tiếng này.

Khi quan sát, chúng ta sẽ thấy có một hệ quả rất lớn, mà tất cả các quốc gia phát triển điện hạt nhân có được là sự lớn mạnh về KH&CN và năng lực công nghiệp. Bởi vì việc phát triển điện hạt nhân đòi hỏi năng lực về mặt KH&CN hạt nhân, năng lực công nghiệp để có thể tham gia xây dựng và đưa các lò phản ứng vào vận hành. Để đáp ứng những điều đó, buộc phải có những con người giỏi, nguồn nhân lực chất lượng cao về công nghệ hạt nhân và pháp quy hạt nhân. Mọi thứ đều phải ở tiêu chuẩn cao và khắt khe nhất.

Những khó khăn và thách thức trong quá trình thiết kế và vận hành Obninsk, như ký ức của Blokhintsev, đã được giải quyết trong một chương trình dài hạn với các lĩnh vực chính là thiết kế các lò phản ứng neutron nhiệt, các lò phản ứng neutron nhanh cho nhà máy điện hạt nhân, các lò phản ứng cho tàu ngầm và các hệ thống điện hạt nhân cho tàu vũ trụ. Như lời kể của Blokhintsev: “Thiết kế một lò phản ứng neutron nhiệt nhiệt độ cao với chất làm chậm beryllium oxide và chất làm mát helium. Các đặc tính vật lý hạt nhân của beryllium oxide như chất làm chậm neutron đã được nghiên cứu rất nhiều tại phòng thí nghiệm này”.

Việc thiết kế ra một cấu hình lò phản ứng năng lượng khi chưa có mô hình mẫu nào là một đột phá nền tảng, mở đường cho những thành công tiếp theo. “Lò phản ứng ở Obninsk là dạng thiết kế uranium - graphite kiểu kênh, một mô hình thiết kế của Xô Viết sau đó đã dẫn đến việc thiết kế các lò phản ứng hạt nhân kiểu kênh công suất lớn (RBMK). Thành công của Obninsk đã mở ra con đường xây dựng nhiều nhà máy điện hạt nhân thương mại như Beloyarsk và Sellafield, Anh” - TS. John Morrissey từng nhận định. “Thành công của Obninsk còn là ở chỗ trong mấy chục năm vận hành không để xảy ra một tai nạn nào - một mô hình bền vững mà nhiều nhà máy điện hạt nhân ngày nay cũng đang cố gắng đạt được”.

Tất cả những ai làm việc trong ngành hạt nhân đều cảm nhận được điều này. “Trong lễ kỷ niệm 70 năm Obninsk, các nhà khoa học tham dự hội thảo như Chủ tịch Viện Nghiên cứu Hạt nhân Kurchatov Mikhail Kovalchuk, Viện trưởng Viện Liên hợp Hạt nhân Dubna Viện sĩ Grigory Trubnikov, Hiệu trưởng Trường ĐH Hạt nhân nghiên cứu Quốc gia (MEPhI) Vladimir Shepchenko, nguyên Bộ trưởng Bộ NLNT Liên bang Nga (MinAtom) Evgeny Adamov… đều khẳng định: Năng lượng nguyên tử vẫn là một lĩnh vực then chốt của khoa học, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và chuyển đổi năng lượng thì lại càng quan trọng”. Theo họ: “Các ngành khoa học bây giờ đi sâu vào nghiên cứu ở các lĩnh vực chuyên môn hóa rất cao và ở quy mô rất nhỏ như hạt nhân nguyên tử. Nghiên cứu tốt ở quy mô nhỏ rồi mới làm được lĩnh vực khác. Ví dụ như bán dẫn, công nghệ nano… Khoa học hạt nhân nguyên tử cũng thúc đẩy và hỗ trợ cho lĩnh vực viễn thông, vũ trụ (như máy tính lượng tử, vệ tinh lên không gian…)”.

Obninsk đã đem lại những kiến thức và năng lực mới cho Liên Xô trước đây và nước Nga sau này. Chính vì như thế mà họ đã tập trung vào làm và làm được. Công nghiệp hạt nhân đòi hỏi kiến thức của cả khoa học cơ bản và ứng dụng rộng rãi nên khi phát triển, công nghệ hạt nhân đã góp phần quan trọng trong việc hình thành và thúc đẩy, tạo ra một “nền khoa học Xô Viết” với nhiều thế hệ các nhà khoa học hàng đầu thế giới. Đóng góp của hạt nhân cho cả nền khoa học Liên Xô trước đây và nước Nga hiện nay rất quan trọng, tạo ra các nhà khoa học hàng đầu, sau này có nhiều người đoạt giải Nobel như: Lev Landau, Pyotr Kapitsa, Pavel Cherenkov, Igor Tam, Ilya Frank…

Do đó, khi nhìn lại thành công của nền khoa học Nga nói chung và ngành hạt nhân nói riêng cho chúng ta rất nhiều bài học quý giá có thể rút ra từ đó. Nó khiến mọi người ít nhiều thấy rằng, một nhà máy điện hạt nhân có nhiều vai trò lớn đối với một quốc gia, không chỉ là việc cung cấp nguồn điện ổn định và tin cậy.

Vai trò của Obninsk là ở thời kỳ ban đầu, nhiệm vụ này là một thách thức lớn cho cả nhân loại khi muốn đưa năng lượng hạt nhân vào mục đích hòa bình. Việc giải quyết được thách thức đã góp phần phát triển những công nghệ khác, những năng lực khác mà đất nước rất cần.

Là một người từng có thời gian học tập và làm việc tại Nga và Thụy Điển về điện hạt nhân, tôi thấy, Obninsk không chỉ là nỗ lực của một vài người, mà là kết quả đóng góp của cả một tập thể khoa học lớn, được tập trung lại trong một chương trình dài hạn, cùng giải quyết những thách thức lớn. Thành công của Obninsk, hay nhìn rộng ra là cả nền công nghiệp hạt nhân Nga, sau này đã được nhiều quốc gia khác tiếp nối như Mỹ, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc… Không hẳn họ rập khuôn, sao chép cách làm của Nga, mỗi quốc gia đều có một cách tiếp cận khác nhau, nhưng những vấn đề cơ bản và những lợi ích cơ bản được rút ra từ đó đều hoàn toàn tương tự nhau.

TS. Trần Chí Thành bên tượng Igor Kurchatov - Tổng công trình sư chương trình hạt nhân Liên Xô.

Những dự án KH&CN lớn như Obninsk luôn ẩn chứa thách thức ở điểm bắt đầu. Cuốn sách “Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới” do Bảo tàng Khoa học Obninsk ấn hành nhân dịp kỷ niệm 70 năm ghi lại những kinh nghiệm xương máu và đẹp đẽ về kinh nghiệm thiết kế lò phản ứng mô đun nhỏ trên tàu phá băng, tàu ngầm, sau giúp Nga thiết kế được nhà máy điện hạt nhân nổi Akademik Lomonosov.

Chúng tôi cho rằng, làm khoa học cần có thách thức và sự tập trung, có trọng điểm. Vấn đề tuy khó, nhưng nếu được đặt niềm tin, được trao cơ chế và tập trung làm thì bao giờ các nhà khoa học cũng nghĩ ra được giải pháp và cách thức để thực hiện. Đất nước ta luôn luôn có những nhà khoa học tâm huyết và năng lực, câu hỏi chỉ là làm sao để họ có cơ hội thực sự đóng góp cho khoa học./.

TS. TRẦN CHÍ THÀNH - VIỆN TRƯỞNG VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM