Nga đạt mốc quan trọng về nhiên liệu hạt nhân mới

Bộ Công Thương đã tham mưu Chính phủ: ‘Cần thiết phải phát triển điện hạt nhân’ Tại COP 26 vừa qua, các quốc gia cam kết về việc phát triển năng lượng sạch (điện mặt trời, điện gió). Tuy nhiên, để khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng tái tạo này nhất thiết phải có một nguồn điện nền ổn định. Trong bối cảnh Việt Nam đã hết dư địa để phát triển điện nền (nhiệt điện than và thuỷ điện), Bộ trưởng Công Thương Nguyễn Hồng Diên cho rằng: Phát triển điện hạt nhân là xu hướng tất yếu.

Ủy ban Kinh tế Quốc hội đề nghị giữ lại mặt bằng dự án điện hạt nhân Ninh Thuận Ủy ban Kinh tế của Quốc hội vừa gửi Quốc hội Báo cáo giám sát việc thực hiện Nghị quyết số 31/2016/QH14 của Quốc hội về việc dừng thực hiện chủ trương đầu tư Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận giai đoạn 2016 - 2021. Theo đó, Ủy ban Kinh tế của Quốc hội đề nghị Chính phủ xem xét tạm giữ Quy hoạch đối với các vị trí dự kiến xây dựng Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 và 2.

Vai trò điện hạt nhân trong chuyển đổi cơ cấu điện năng của Việt Nam Trong xu thế chung của thế giới và để Việt Nam có thể thực thi cam kết COP26, đảm bảo cung cấp điện năng ổn định, công suất lớn, có lẽ quay lại phát triển điện hạt nhân là vấn đề cần xem xét một cách toàn diện và kỹ lưỡng.

Tại sao ATF lại quan trọng?

Tạp chí điện trực tuyến Mỹ Powermag (PMC) số ra cuối tháng 5-2022 cho biết: Đây là chu trình chiếu xạ thứ tư của cụm nhiên liệu với thanh nhiên liệu dạng VVER trong lò phản ứng hạt nhân MIR. Các thanh có bốn sự kết hợp của vật liệu ốp và ma trận nhiên liệu. Các hạt pellet nhiên liệu được làm bằng uranium dioxide truyền thống hoặc hợp kim uranium-molypden với mật độ và độ dẫn nhiệt tăng lên. Vật liệu bọc thanh là hợp kim zirconi với lớp phủ crom hoặc hợp kim crom-niken.

Nhiên liệu hạt nhân của Rosatom được gọi là ATF hay nhiên liệu công nghệ tiên tiến (Advanced Technology Fuel), nhằm cải thiện độ an toàn của lò phản ứng. Ai cũng biết khí hydro có thể được tạo ra trong các lò phản ứng hạt nhân khi xảy ra sự cố. Theo báo cáo của Hội đồng bảo vệ Tài nguyên Thiên nhiên Mỹ (NRDC), khí hydro ban đầu được tạo ra bởi quá trình oxy hóa nhanh của lớp phủ nhiên liệu zirconium bao quanh các viên nhiên liệu uranium làm giàu thấp trong các lò phản ứng công suất thương mại. Khi lớp phủ nhiên liệu đạt đến ngưỡng nhiệt độ nhất định, cao hơn nhiều so với nhiệt độ hoạt động điển hình của nó, thì phản ứng zirconi-hơi nước trở thành tự xúc tác. Nghĩa là, nó lan truyền thông qua quá trình tự đốt nóng từ chính phản ứng hóa học của bản thân nó.

Phản ứng dữ dội còn làm cho lớp bọc nhiên liệu bị xói mòn và vỡ ra, giải phóng hạt nhân phóng xạ độc hại vào khoang lò phản ứng. Trong một số tình huống tai nạn, tình trạng quá áp của bình phản ứng có thể trở nên trầm trọng hơn do sự tích tụ hydro từ phản ứng zirconium-hơi nước, gây bịt kín tại nhiều chỗ thâm nhập của lò, khiến việc giám sát rò rỉ hydro vào khoang ngăn gặp khó khăn.

Chưa hết, hydro còn là khí rất dễ nổ. Bằng chứng, trong sự cố Fukushima Daiichi vào tháng 3 năm 2011 của Nhật, lõi của ba lò phản ứng nước sôi đã mất hết khả năng làm mát và bị nóng chảy, khiến hydro bị rò rỉ từ các ngăn chứa sơ cấp vào các khu vực lò phản ứng và phát nổ, gây ra lượng lớn phóng xạ hạt nhân có hại làm ô nhiễm một khu vực rộng lớn. Tương tự, một vụ nổ hydro nhỏ hơn đã xảy ra tại nhà máy Three Mile Island của Mỹ hồi tháng 3 năm 1979 cũng vậy. Trong vụ tai nạn này, một phần lõi của Tổ máy 2 đã gặp sự cố, nhưng vụ nổ không phá vỡ vách ngăn của lò phản ứng.

ATF giúp tăng thêm độ an toàn:

Vật liệu ATF của Rosatoms có khả năng giảm tai nạn nghiêm trọng ngoài thiết kế tại các nhà máy điện hạt nhân (ĐHN) khi mất chất làm mát trong lò phản ứng. Rosatom cho biết thêm, ngay cả trong trường hợp lõi bị lỗi loại bỏ nhiệt, ATF được thiết kế để giữ tính toàn vẹn của nó trong thời gian đủ dài mà không có phản ứng zirconium-hơi nước gây giải phóng hydro.

Theo Rosatom, ATF "có tầm quan trọng thiết yếu để nâng cao sự an toàn và độ tin cậy toàn diện của năng lượng hạt nhân". Nghiên cứu, thiết kế và thử nghiệm nhiên liệu chịu được tai nạn tại Công ty nhiên liệu TVEL, phân ban nhiên liệu của tập đoàn nhà nước Rosatom đã được thực hiện với sự điều phối và hỗ trợ của Viện Nghiên cứu KH-CN cao về vật liệu vô cơ Bochvar.

Vào tháng 9 năm 2021, các bó nhiên liệu lò phản ứng hạt nhân đầu tiên do Nga sản xuất cùng với các thanh ATF thử nghiệm đã được đưa vào Tổ máy số 2 tại ĐHN Rostov ở miền Tây nam nước Nga. Lò phản ứng đã hoạt động trở lại cùng tháng đó sau khi bảo trì theo lịch và ngừng tiếp nhiên liệu. Các bó nhiên liệu được nạp tại Rostov có hai loại thanh nhiên liệu thử nghiệm. Cả hai đều sử dụng nhiên liệu uranium dioxide, nhưng sáu trong số các thanh được phủ bằng hợp kim zirconium có chứa một lớp phủ crom, trong khi sáu thanh còn lại được phủ 42XHM, hợp kim crom-niken.

Ưu điểm của chất khử Uranium:

Vào ngày 19 tháng 5, Rosatom cho biết họ đã nạp các thanh VVER vào lò phản ứng nước áp lực (PWR) mới với ma trận nhiên liệu khử uranium trong lõi lò phản ứng nghiên cứu MIR để chiếu xạ. Công nghệ chế tạo viên nén khử uranium cũng đã được phát triển bởi Viện Bochvar ở Moscow.

Cũng theo tiết lộ từ Rosatom, chất khử uranium (U3Si2) có một số ưu điểm như một ma trận nhiên liệu. Đầu tiên, hàm lượng uranium mật độ cao, cho phép tạo ra chu trình nhiên liệu dài hơn mà không làm tăng mức độ làm giàu. Thứ hai, khả năng dẫn nhiệt cao và khả năng tỏa nhiệt thấp, có nghĩa là nhiệt tích tụ ít hơn trong lõi lò phản ứng và nhiệt độ thấp hơn trong các lớp bọc thanh. Thứ ba, nhiệt độ vận hành thấp hơn có thể cải thiện các đặc tính hoạt động của nhiên liệu nói chung.

“Chương trình phát triển và thử nghiệm ATF của chúng tôi đã đi được một chặng đường. Nó không chỉ là về việc lựa chọn sự kết hợp phù hợp của các vật liệu với kết quả sau chiếu xạ tốt nhất, mà còn về việc giới thiệu dần dần các vật liệu này trong ‘công suất lớn'- tức, các lò phản ứng thương mại công suất lớn. Do đó, các thanh thử chì VVER-1000 đầu tiên chỉ có lớp phủ ATF, nhưng xa hơn nữa, chúng tôi có thể xem xét việc thực hiện ít nhất ba vật liệu ma trận nhiên liệu khác nhau với tất cả các xác nhận an toàn thích hợp” - Alexander Ugryumov, Phó chủ tịch cấp cao về Nghiên cứu và Phát triển tại TVEL Fuel Company, cho hay trong một tuyên bố đưa ra hôm trung tuần tháng 5 vừa qua.

Công ty Nhiên liệu TVEL (TVEL Fuel Company) bao gồm các doanh nghiệp sản xuất nhiên liệu hạt nhân, chuyển đổi và làm giàu uranium, sản xuất máy ly tâm khí, cũng như các tổ chức nghiên cứu và thiết kế. TVEL cung cấp nhiên liệu cho tổng số 75 lò phản ứng điện ở 15 quốc gia, lò phản ứng nghiên cứu ở 9 quốc gia, cũng như các lò phản ứng vận tải của hạm đội hạt nhân Nga.

Theo Rosatom, Phân ban Nhiên liệu (FD) của họ là nhà sản xuất uranium làm giàu lớn nhất thế giới, đồng thời là công ty dẫn đầu trên thị trường toàn cầu về các đồng vị ổn định. FD đang tích cực phát triển các hoạt động kinh doanh mới trong lĩnh vực hóa học, luyện kim, công nghệ lưu trữ năng lượng, in 3D, sản phẩm kỹ thuật số và quá trình ngừng hoạt động của các cơ sở hạt nhân.

Vài nét về Rosatom:

Theo Bách khoa thư mở, Rosatom còn được gọi là Tổng công ty năng lượng hạt nhân nhà nước, có trụ sở tại Moscow chuyên về năng lượng hạt nhân, phi hạt nhân hàng hóa năng lượng và sản phẩm công nghệ cao. Được thành lập vào năm 2007, bao gồm hơn 350 doanh nghiệp, với các tổ chức nghiên cứu khoa học, tổ hợp vũ khí hạt nhân và hạm đội tàu phá băng hạt nhân duy nhất trên thế giới.

Rosatom là một trong những tập đoàn lớn nhất trong ngành năng lượng hạt nhân trên thế giới. Tổ chức này đứng đầu với tư cách là công ty sản xuất điện đứng đầu Nga, sản xuất 215,746 TWh, tương đương 20,28% tổng sản lượng điện của cả nước. Rosatom còn đứng đầu trong xây dựng các dự án ĐHN ở nước ngoài, đảm nhận 76% xuất khẩu công nghệ hạt nhân toàn cầu: 35 đơn vị nhà máy điện hạt nhân, ở các giai đoạn phát triển khác nhau, tại 12 quốc gia (tính đến tháng 12 năm 2020).

Chiến lược của Rosatom là phát triển hơn nữa năng lượng tái tạo và năng lượng gió. Vào năm 2020, Rosatom đã phê duyệt chiến lược cập nhật, nhấn mạnh vai trò của các sản phẩm mới, cả năng lượng hạt nhân và phi hạt nhân, trong khoảng 100 lĩnh vực kinh doanh mới, bao gồm y học hạt nhân, vật liệu tổng hợp, năng lượng gió, hydro, quản lý chất thải, công nghệ phụ gia.

Ngoài ra, Rosatom còn được ủy quyền thay mặt nhà nước thực hiện các nghĩa vụ quốc tế trong lĩnh vực sử dụng năng lượng hạt nhân và không phổ biến vật liệu hạt nhân. Rosatom cũng tham gia vào các dự án quy mô lớn như ITER và FAIR.

Tính đến tháng 2 năm 2021, tổng số đơn đặt hàng danh mục đầu tư của Rosatom đạt 250 tỷ USD. Theo báo cáo của Rosatom năm 2020, danh mục đầu tư đặt hàng nước ngoài trong 10 năm đạt 138,3 tỷ USD, trong khi doanh thu đạt 7,5 tỷ USD.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM (THEO: POWERMAG/EWO - 5/2022)

Link tham khảo:

1/ https://www.powermag.com/russians-achieve-milestone-with-new-nuclear-fuel/

2/ https://en.wikipedia.org/wiki/Rosatom#:~:text=Rosatom%2C%20(Russian%3A%20%D0%A0%D0%BE%D1%81%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC%2C,goods%20and%20high%2Dtech%20products.