Quản lý chất thải phóng xạ: Thực tế công nghệ, chi phí và những ngộ nhận thường gặp

Tổng quan hướng dẫn an toàn nhà máy điện hạt nhân của IAEA - Gợi ý triển khai tại Việt Nam Việc Quốc hội chính thức thông qua Luật Năng lượng Nguyên tử (sửa đổi) vào ngày 27/6/2025 đánh dấu một bước chuyển quan trọng trong hành lang pháp lý phục vụ phát triển điện hạt nhân Việt Nam. Trong giai đoạn hiện nay, yêu cầu cấp thiết đặt ra là sớm xây dựng và ban hành các văn bản dưới luật (bao gồm nghị định, thông tư hướng dẫn) để đưa các quy định của luật đi vào thực tiễn một cách đồng bộ, khả thi và hiệu quả.

Phân tích an toàn tất định và xác suất trong điện hạt nhân - Gợi mở hướng triển khai tại Việt Nam Trong bối cảnh Việt Nam đang tái khởi động chương trình điện hạt nhân, việc nắm vững khái niệm, phương pháp luận và ứng dụng thực tiễn của Phân tích an toàn tất định (DSA) và Phân tích an toàn xác suất (PSA) là yêu cầu cấp thiết. Bài viết của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam trình bày tổng quan về hai phương pháp phân tích, bao gồm: Nền tảng lý thuyết, công cụ hỗ trợ, vai trò trong quản lý an toàn và kinh nghiệm quốc tế trong phối hợp áp dụng. Từ đó, đưa ra một số gợi ý nhằm định hướng việc áp dụng DSA và PSA trong xây dựng năng lực kỹ thuật và thể chế của Việt Nam.

Quản lý và đào tạo nhân lực điện hạt nhân - Bài toán khó có lời giải, hay không khó ở Việt Nam? Bộ Giáo dục và Đào tạo vừa tổ chức cuộc họp triển khai Đề án 1012, với sự tham gia của đại diện nhiều bộ, ngành và cơ sở đào tạo. Tại cuộc họp, đại diện lãnh đạo Bộ Giáo dục và Đào tạo nhấn mạnh yêu cầu thực hiện Đề án một cách chủ động, linh hoạt và sát thực tiễn; đồng thời khẳng định đây không chỉ là nhiệm vụ riêng của ngành giáo dục, mà là trách nhiệm chung của cả hệ thống chính trị. Đại diện Bộ Khoa học và Công nghệ cũng kiến nghị cần có chiến lược đào tạo dài hạn, đạt chuẩn quốc tế, thậm chí thành lập cơ sở đào tạo chuyên biệt nhằm xây dựng đội ngũ nhân lực ổn định, chất lượng cao. Đề cập đến nội dung này, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam tổng hợp các nguyên tắc quốc tế trong quản lý và đào tạo nhân lực điện hạt nhân, phân tích thực trạng, dự báo hiệu quả triển khai Đề án 1012, rút ra bài học từ kinh nghiệm giai đoạn 2009-2016, đồng thời đề xuất một số gợi ý chính sách nhằm xây dựng hệ thống nhân lực bền vững, đáp ứng yêu cầu của chương trình điện hạt nhân quốc gia trong tương lai.

Sử dụng simulator trong đào tạo, huấn luyện nhân lực điện hạt nhân - Đề xuất áp dụng tại Việt Nam Bài viết dưới đây của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về vai trò của hệ thống mô phỏng trong đào tạo điện hạt nhân, giới thiệu các nội dung huấn luyện dựa trên tài liệu PCTRAN - một công cụ mô phỏng linh hoạt, cho phép xây dựng các bài tập mô phỏng vận hành và sự cố của lò phản ứng nước áp lực (PWR) do Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) phát hành, cũng như đề xuất định hướng sử dụng phù hợp với lộ trình phát triển nhân lực hạt nhân tại Việt Nam. Bài viết cũng gợi ý nội dung cần hướng dẫn đối với “chương trình đào tạo, huấn luyện và sử dụng thiết bị mô phỏng” tại Khoản 4 Điều 47 Luật Năng lượng Nguyên tử Việt Nam.

I. Mười quan điểm lo ngại - So sánh ‘lo ngại’ và ‘thực tế’:

Trong nhiều thập kỷ qua, chất thải phóng xạ luôn là chủ đề gây tranh luận và thường bị coi là rào cản chính đối với điện hạt nhân. Các lo ngại phổ biến xoay quanh khả năng tồn tại lâu dài, rủi ro vận chuyển, nguy cơ an ninh và chi phí quản lý. Tuy nhiên, theo báo cáo của Hiệp hội Hạt nhân Thế giới (WNA, 13/2/2025), phần lớn những quan ngại này chỉ là lo ngại, hoặc hiểu lầm. Thực tế, công nghệ quản lý chất thải hạt nhân đã sẵn sàng và đang được triển khai ở nhiều quốc gia, thách thức chủ yếu là sự chấp thuận xã hội và khung chính sách minh bạch.

Để minh họa rõ hơn sự khác biệt giữa nhận thức phổ biến và các bằng chứng khoa học, bảng dưới đây tổng hợp 10 quan điểm lo ngại thường gặp cùng với thực tế kỹ thuật đã được WNA và IAEA xác nhận. Điều này cho thấy ranh giới rõ rệt giữa những ‘lo ngại’ và những gì ngành hạt nhân đã thực hiện thành công.

Bảng 1. Tổng hợp 10 quan điểm lo ngại thường gặp (theo báo cáo trên trang Web của WNA ngày 13/2/2025):

Bình luận: Giải thích được trình bày trong Báo cáo của WNA (đã dẫn) và tóm tắt lại trong bảng ở trên là rõ ràng; cho thấy phần lớn lo ngại xuất phát từ sự hiểu nhầm, hoặc thiếu thông tin, trong khi công nghệ và kinh nghiệm quốc tế đã chứng minh khả năng quản lý an toàn chất thải.

II. Phân loại và quản lý chất thải phóng xạ:

1. Phân loại chất thải phóng xạ:

Không phải tất cả chất thải phóng xạ đều nguy hiểm như nhau. Theo Hướng dẫn An toàn của IAEA (GSG-1), chất thải phóng xạ được phân loại dựa trên mức hoạt độ phóng xạ, chu kỳ bán rã và khả năng sinh nhiệt. Phần lớn chất thải có mức độ phóng xạ thấp và có thể xử lý bằng các phương pháp đơn giản, trong khi một tỷ lệ nhỏ chất thải có mức độ phóng xạ cao lại đòi hỏi công nghệ xử lý và chôn cất vĩnh viễn. Bảng sau phân loại chi tiết ba nhóm chất thải chính, kèm theo đặc tính và phương pháp quản lý tương ứng.

Bảng 2. Phân loại chất thải phóng xạ từ điện hạt nhân:

Ghi chú: Bảng trên không thể hiện loại chất thải VLLW (very low-level waste), loại phổ biến trong quá trình tháo dỡ nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN).

2. Lượng chất thải được tạo ra là bao nhiêu?

Khối lượng chất thải phóng xạ mức cao (HLW) do ngành công nghiệp hạt nhân dân dụng tạo ra là nhỏ. IAEA ước tính rằng: 392.000 tấn kim loại nặng (tHM) dưới dạng nhiên liệu đã qua sử dụng đã được thải ra kể từ khi các NMĐHN đầu tiên đi vào hoạt động. Trong số này, IAEA ước tính có 127.000 tHM đã được tái chế. IAEA cũng ước tính thể tích xử lý của kho HLW rắn hiện tại là khoảng 29.000 m3. Để dễ hình dung, đây là một thể tích tương đương với một tòa nhà cao 3 mét có diện tích bằng một sân bóng đá.

Lượng ILW, LLW và VLLW được tạo ra lớn hơn về thể tích, nhưng ít phóng xạ hơn nhiều. Do tính phóng xạ vốn có thấp hơn, phần lớn chất thải do sản xuất điện hạt nhân tạo ra và được phân loại là LLW hoặc VLLW đã được đưa vào xử lý. IAEA ước tính rằng, hơn 80% tổng lượng LLW và VLLW được sản xuất cho đến nay đều được tiêu hủy.

3. Quản lý chất thải phóng xạ:

Theo từ điển của IAEA (Glossary 2022), quản lý chất thải phóng xạ (radioactive waste management) được thể hiện qua các bước sau đây:

Quản lý chất thải phóng xạ bao gồm:

- Quản lý trước khi loại bỏ (predisposal management).

- Loại bỏ (disposal).

Quản lý trước khi loại bỏ (predisposal management) bao gồm:

- Xử lý (processing).

- Lưu giữ (storage).

- Vận chuyển (transport).

Xử lý (processing) bao gồm:

- Xử lý sơ bộ (pretreatment).

- Xử lý đặc biệt (treatment).

- Điều kiện hóa (conditioning).

Đến lượt mình, các hoạt động xử lý sơ bộ, xử lý đặc biệt và điều kiện hóa lại tiếp tục được thể hiện qua các giải pháp kỹ thuật chi tiết hơn.

Trong khi đối với chất thải, hoặc rác thải sinh hoạt, việc quản lý bao gồm các hoạt động và quy trình liên quan đến thu gom, vận chuyển, xử lý và tiêu hủy, hoặc tái chế chất thải một cách an toàn, hiệu quả, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Sự khác biệt về tầng lớp quản lý và các giải pháp kỹ thuật chi tiết đối với chất thải phóng xạ (có vẻ phức tạp) và chất thải sinh hoạt (đơn giản, dễ hiểu) đã làm phát sinh những lo ngại, hoặc hiểu lầm nêu ở trên.

III. Công nghệ xử lý chất thải:

Chất thải hạt nhân phải được xử lý sơ bộ (pretreatment) để đảm bảo an toàn cho việc xử lý đặc biệt (treatment) và điều kiện hóa (conditioning) tiếp theo. Quá trình này bao gồm thu gom (collection), phân tách (segregation), xử lý hóa học (chemical adjustment) và tẩy xạ (decontamination). Xử lý đặc biệt bao gồm giảm thể tích (volume reduction), khử phóng xạ (activity removal), thay đổi thành phần hóa học và vật lý (change of composition). Cuối cùng là điều kiện hóa - chẳng hạn như cố định (immobilization), đóng gói (packaging), đóng gói bên ngoài (overpack) chất thải.

Hiện nay, các hoạt động xử lý chất thải nêu trên đều đã có công nghệ phù hợp. Chất thải phóng xạ sau khi được xử lý sẽ được lưu giữ tạm thời, vận chuyển và và đưa đến cơ sở lưu giữ vĩnh viễn phù hợp (disposal facility).

Trước khi lựa chọn chiến lược xử lý chất thải, điều quan trọng là phải biết và hiểu rõ nguồn gốc và tốc độ phát sinh chất thải, cũng như khối lượng và đặc điểm của chất thải. Phân tích đặc tính là một kỹ thuật cung cấp thông tin về các đặc tính vật lý, hóa học và phóng xạ của chất thải, giúp xác định các yêu cầu an toàn phù hợp và các phương án xử lý tiềm năng. Phân tích đặc tính cũng đảm bảo tính tương thích và tuân thủ các tiêu chuẩn lưu giữ và xử lý đã được chấp nhận.

Giảm thể tích chất thải phóng xạ là một bước quan trọng trong việc quản lý vật liệu hạt nhân, nhằm giảm thiểu không gian cần thiết cho việc lưu giữ và xử lý. Quá trình này bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau để giảm thể tích vật liệu phóng xạ, giúp chúng dễ quản lý và tiết kiệm chi phí hơn.

Sau đây là phân tích chi tiết về các phương pháp phổ biến:

Nén chặt:

Phương pháp này liên quan đến việc giảm thể tích chất thải bằng cách tác dụng áp lực; thường được sử dụng cho chất thải phóng xạ rắn, mức độ thấp (LLW), như giấy, giẻ lau và dụng cụ. Máy nén có thể có nhiều loại, từ hệ thống lực thấp đến siêu nén chặt với lực cao. Hệ số giảm thể tích thường dao động từ 3 đến 10.

Thiêu đốt:

Phương pháp này còn được gọi là đốt cháy, hoặc xử lý nhiệt, thiêu đốt liên quan đến việc đốt chất thải dễ cháy ở nhiệt độ cao; có thể giảm đáng kể thể tích và chuyển đổi chất thải thành dạng ổn định hơn (thường là tro), thích hợp cho việc cố định và xử lý. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với chất thải rắn dễ cháy (LLW) và có thể đạt được hệ số giảm thể tích cao, với một số nguồn trích dẫn lên tới 500-1.000 đối với chất thải lỏng. Tuy nhiên, việc thiêu đốt có thể đòi hỏi việc quản lý cẩn thận các hạt nhân phóng xạ và hệ thống khí thải, và thường đòi hỏi phải phân loại chất thải.

Các phương pháp khác:

- Xay/cắt: Giảm kích thước chất thải để tối ưu hóa quá trình xử lý tiếp theo.

- Khử nhiễm: Các kỹ thuật loại bỏ, hoặc giảm ô nhiễm phóng xạ khỏi vật liệu, giảm thiểu thể tích chất thải cần xử lý thêm.

- Sấy trong thùng: Giảm thể tích chất thải lỏng bằng cách loại bỏ thành phần chất lỏng.

- Lò phản ứng plasma: Sử dụng công nghệ plasma để giảm thể tích.

- Xử lý nhiệt bằng vật liệu trợ dung: Sử dụng vật liệu như K2CO3 để giảm thể tích và giữ lại các chất phóng xạ trong quá trình xử lý nhiệt các vật liệu như đá trân châu.

Tầm quan trọng của việc giảm thể tích:

- Tiết kiệm chi phí: Thể tích nhỏ hơn đồng nghĩa với chi phí lưu giữ và xử lý thấp hơn.

- Tối ưu hóa không gian: Giảm thể tích giúp tối đa hóa công suất của các cơ sở xử lý hiện có.

- Cải thiện khả năng xử lý: Thể tích nhỏ hơn giúp vận chuyển, quản lý dễ dàng và an toàn hơn.

Điều kiện hóa bao gồm các phương pháp sau:

Cố định: Bước này nhằm mục đích ngăn chặn việc phát tán vật liệu phóng xạ ra môi trường. Các kỹ thuật phổ biến bao gồm đông đặc trong xi măng (đối với chất thải mức độ thấp và trung bình) và thủy tinh hóa (kết hợp chất thải mức độ cao vào một nền thủy tinh).

Đóng gói: Chất thải đã cố định được đặt vào các thùng chứa, có thể được làm bằng thép, bê tông, hoặc các vật liệu khác.

Đóng gói bên ngoài: Trong một số trường hợp, các thùng chứa có thể được đóng gói thêm bằng một lớp bao ngoài để tăng cường bảo vệ trong quá trình vận chuyển và lưu giữ.

Ví dụ về các phương pháp xử lý:

Xi măng hóa: Chất thải lỏng và rắn ở mức độ thấp và trung bình được trộn với xi măng để tạo thành một nền rắn, ổn định.

Thủy tinh hóa: Chất thải lỏng ở mức độ cao được trộn với thủy tinh nóng chảy và sau đó được làm nguội để tạo thành một nền thủy tinh rắn.

Nhựa hóa: Chất thải phóng xạ được trộn với bitum (nhựa đường) và được nung nóng, tạo ra một sản phẩm rắn, chống nước.

Tầm quan trọng của việc xử lý:

An toàn: Việc xử lý đảm bảo an toàn lâu dài cho chất thải bằng cách ngăn chặn việc phát tán các vật liệu phóng xạ ra môi trường.

Hiệu quả: Bằng cách giảm thể tích và ổn định chất thải, việc xử lý giúp việc vận chuyển, lưu giữ, xử lý dễ dàng và an toàn hơn.

Các công nghệ chính hiện đang được áp dụng:

Theo hướng dẫn của IAEA (PUB-2077), công nghệ xử lý chất thải phóng xạ được lựa chọn dựa trên đặc tính phóng xạ, mức phát nhiệt và chu kỳ bán rã của đồng vị. Mục tiêu là đảm bảo cô lập chất thải khỏi môi trường sinh thái và con người trong suốt thời gian chúng còn nguy hiểm. Các công nghệ chính hiện đang được áp dụng gồm:

Điều kiện hóa (Conditioning): Các phương pháp như xi măng hóa, bitum hóa, nhựa hóa được áp dụng để ổn định thể tích, giảm tính di động của chất thải và thuận tiện cho vận chuyển, lưu giữ.

Thủy tinh hóa (Vitrification): Chất thải hoạt độ cao (HLW) được hòa vào thủy tinh borosilicate, tạo thành dạng rắn ổn định, có khả năng lưu giữ an toàn hàng trăm nghìn năm.

Đóng rắn gốm (Ceramic immobilization): Một số trường hợp đặc biệt sử dụng vật liệu gốm, bền chắc hơn thủy tinh, nhằm tăng khả năng chống chịu trong môi trường địa chất dài hạn.

Lưu giữ khô (Dry Cask Storage): Nhiên liệu đã qua sử dụng sau khi làm nguội 5-10 năm trong bể nước sẽ được chuyển sang lưu giữ khô trong các thùng chứa bê tông - thép nhiều lớp, có khả năng che chắn và tản nhiệt tốt.

Kho địa chất sâu (Geological Disposal Facility - GDF): Giải pháp xử lý vĩnh viễn, áp dụng nguyên tắc đa rào chắn: (1) bao bì chịu lực, (2) vật liệu ổn định, (3) tầng địa chất cô lập, nhằm cách ly hoàn toàn chất thải hoạt độ cao với môi trường sống.

Bình luận: Chỉ khoảng 3% tổng lượng chất thải phóng xạ là HLW cần các biện pháp xử lý phức tạp, trong khi phần lớn còn lại có thể xử lý an toàn bằng các công nghệ điều kiện hóa và chôn lấp gần bề mặt với chi phí hợp lý.

IV. Vận chuyển và lưu giữ:

Vận chuyển:

Các thùng chứa (canister) chất thải phóng xạ và nhiên liệu đã qua sử dụng phải tuân thủ tiêu chuẩn an toàn quốc tế (IAEA SSR-6, được hướng dẫn chi tiết trong SSG-66). Trong đó, thùng Type B là loại phổ biến nhất, có khả năng chịu được các kịch bản tai nạn nghiêm trọng như va chạm mạnh, cháy nổ, ngập nước, hay xuyên thủng. Một thùng Type B có thể nặng tới 125 tấn, được thiết kế nhiều lớp bảo vệ, bảo đảm không phát tán phóng xạ ra môi trường ngay cả trong các tình huống khắc nghiệt. Thực tiễn quốc tế cho thấy hàng chục nghìn chuyến vận chuyển loại thùng này đã được thực hiện an toàn trên toàn cầu.

Giải thích thêm:

Thùng chứa (canister) chất thải phóng xạ là một thùng chứa chắc chắn được thiết kế để lưu giữ, vận chuyển và xử lý an toàn các vật liệu phóng xạ. Những thùng chứa này thường được làm bằng vật liệu bền như thép không gỉ và được thiết kế để chịu được các điều kiện khắc nghiệt, bao gồm cả các tai nạn tiềm ẩn trong quá trình vận chuyển. Chúng thường được trang bị lớp chắn để bảo vệ khỏi bức xạ và các tính năng xử lý và lưu giữ.

Thùng chứa có các mục đích sau:

Khoang chứa: Các thùng chứa chất thải phóng xạ, ngăn không cho chúng phát tán ra môi trường.

Che chắn: Chúng thường bao gồm các vật liệu che chắn (như chì) để giảm thiểu phơi nhiễm bức xạ cho công nhân và cộng đồng.

Lưu giữ và vận chuyển: Các thùng chứa được thiết kế cho cả việc lưu giữ (ví dụ trong các cơ sở lưu giữ) và vận chuyển vật liệu phóng xạ.

Chôn cất: Trong một số trường hợp, các thùng chứa được thiết kế để chôn cất vĩnh viễn, có thể là trong các kho chứa địa chất sâu, hoặc các cơ sở chôn cất khác.

Thùng chứa sử dụng vật liệu và thiết kế như thế nào?

- Thép không gỉ: Một vật liệu phổ biến nhờ độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng chịu nhiệt độ cao.

- Lớp chắn chì: Được sử dụng vì hiệu quả cao trong việc ngăn chặn bức xạ gamma.

- Thiết kế nhiều lớp: Một số thùng chứa có nhiều lớp để tăng cường bảo vệ và dự phòng.

- Cơ chế đóng kín: Các tính năng như niêm phong chắc chắn và hệ thống đóng kín đảm bảo an toàn trong quá trình lưu giữ và vận chuyển.

- Tính năng xử lý: Thùng chứa có thể bao gồm các thiết bị nâng và các tính năng khác để xử lý và thao tác an toàn.

Ví dụ:

- Thùng chứa NUHOMS 24PTH: Thùng chứa khô, có vỏ bọc bảo vệ, có thể vận chuyển được, chứa nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, được tối ưu hóa cho việc quản lý nhiệt và che chắn.

- Thùng chứa Comecer CR Series: Thùng chứa có vỏ bọc bảo vệ cho chất thải phóng xạ rắn, được làm bằng thép không gỉ và vỏ bọc chì.

- Thùng chứa cách ly sâu: Được thiết kế để xử lý bằng giếng khoan sâu, tối đa hóa việc sử dụng các vật liệu sẵn có và loại bỏ nhu cầu sử dụng chất hấp thụ neutron borat.

- Bao bì loại B: Được sử dụng để vận chuyển khối lượng lớn vật liệu phóng xạ, được thiết kế để chịu được các tai nạn nghiêm trọng.

Những cân nhắc chính:

- Khả năng chống ăn mòn: Việc đảm bảo vật liệu thùng chứa có thể chịu được sự tiếp xúc lâu dài với môi trường là rất quan trọng.

- Tính toàn vẹn về cấu trúc: Thùng chứa phải đủ chắc chắn để chịu được việc xử lý, vận chuyển và các tai nạn tiềm ẩn.

- Tản nhiệt: Đối với một số loại chất thải, việc quản lý quá trình sinh nhiệt là rất quan trọng.

- Chất hấp thụ neutron: Trong một số trường hợp, chất hấp thụ neutron được tích hợp để ngăn ngừa các tai nạn nghiêm trọng.

Hình 1: Vận chuyển nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng bằng đường bộ ở Nhật Bản (ảnh: Nuclear Fuel Transport Ltd):

Lưu giữ tạm thời:

Theo SSG-86, việc lưu giữ nhiên liệu đã qua sử dụng và chất thải phóng xạ trong giai đoạn tạm thời có thể thực hiện bằng hai phương án chính:

1. Lưu giữ ướt trong các bể nước sâu vài mét, nước vừa đóng vai trò làm mát, vừa che chắn bức xạ. Đây là giải pháp phổ biến ngay sau khi nhiên liệu lấy ra khỏi lò phản ứng.

2. Lưu giữ khô trong các thùng bê tông - thép được thiết kế chịu được va đập, cháy và thiên tai. Phương án này hiện được áp dụng rộng rãi tại Mỹ, Nhật Bản và nhiều quốc gia khác do tính linh hoạt, khả năng mở rộng và chi phí vận hành hợp lý.

Lưu giữ vĩnh viễn:

Chiến lược lâu dài cho chất thải phóng xạ mức cao (HLW) và nhiên liệu đã qua sử dụng là lưu giữ trong cơ sở địa chất sâu (Geological Disposal Facility - GDF). Các quốc gia tiên phong như Phần Lan (Onkalo) và Thụy Điển (Forsmark) đang xây dựng GDF thương mại đầu tiên trên thế giới, sử dụng công nghệ đa rào chắn tự nhiên - kỹ thuật để cô lập chất thải hàng trăm nghìn năm. Đối với chất thải mức thấp (LLW), giải pháp phổ biến là chôn gần bề mặt tại các cơ sở được kiểm soát, cho phép quản lý an toàn trong khoảng thời gian vài trăm năm.

Kinh nghiệm Thụy Điển về bể chứa:

Bể chứa tại các lò phản ứng và tại các cơ sở tập trung như CLAB ở Thụy Điển, có độ sâu từ 7-12 mét để có thể phủ kín các bó nhiên liệu bằng vài mét nước. Các bó nhiên liệu thường dài khoảng 4 mét và được dựng đứng. Các bó nhiên liệu được làm bằng kim loại, tích hợp các chất hấp thụ neutron. Nước tuần hoàn vừa bảo vệ vừa làm mát nhiên liệu. Những bể chứa này là những kết cấu chắc chắn được làm bằng bê tông cốt thép dày với lớp lót bằng thép. Bể chứa tại các lò phản ứng có thể được thiết kế để chứa toàn bộ nhiên liệu đã qua sử dụng trong suốt thời gian hoạt động của lò phản ứng, nhưng thông thường thiết kế này giả định rằng sẽ có một phần nhiên liệu đã nguội được lấy ra để tái chế, hoặc lưu giữ khô.

Hình 2: Cơ sở lưu giữ tạm thời trung tâm (CLAB) ở Thụy Điển (ảnh SKB):

Kinh nghiệm Mỹ về lưu giữ khô:

Một số bó nhiên liệu đã được làm mát trong bể ít nhất 5 năm được lưu giữ trong các thùng, hoặc hầm khô, thường có lưu thông không khí bên trong lớp bê tông bảo vệ. Lưu giữ khô đã được sử dụng tại các nhà máy điện hạt nhân Mỹ từ năm 1986, và ít nhất một phần ba tổng lượng nhiên liệu đã qua sử dụng của Mỹ hiện được lưu giữ trong các thùng chứa khô. Các cơ sở này có mặt tại hầu hết các địa điểm nhà máy điện hạt nhân (bao gồm cả một số địa điểm đã đóng cửa).

Tính đến cuối năm 2019, có 3.203 thùng đã được nạp tại 72 cơ sở lưu giữ nhiên liệu đã qua sử dụng tạm thời (ISFSI) tại Mỹ. Việc chuyển từ kho ướt sang thùng khô tại địa điểm nhà máy điện có thể sử dụng các thùng chuyển được che chắn đặc biệt, kém bền hơn so với các thùng được sử dụng để vận chuyển ra khỏi địa điểm. Các thùng có thể chứa một hộp kín được chuyển từ loại thùng này sang loại thùng khác.

Kinh nghiệm Anh về lưu giữ HLW trong thùng chứa (canister):

Tại Anh, chất thải phóng xạ mức cao (HLW) được thủy tinh hóa và lưu giữ trong các thùng thép không gỉ. Các thùng này sau đó được đặt trong một kho lưu giữ hiện đại, được thiết kế và làm mát bằng không khí tại Sellafield. Kế hoạch hiện tại là các thùng này sẽ được lưu giữ ít nhất 50 năm trước khi một cơ sở xử lý địa chất (GDF) phù hợp được xây dựng để lưu giữ vĩnh viễn.

Thủy tinh hóa: HLW, ban đầu ở dạng lỏng, được trộn với thủy tinh borosilicate nóng chảy và đổ vào các thùng thép không gỉ (canister). Quá trình này giúp cố định chất thải, làm cho chúng ổn định và chống rò rỉ.

Thùng chứa (canister): Các thùng thường cao 1,3 mét và chứa 150 lít hỗn hợp thủy tinh - chất thải.

Lưu giữ: Các thùng chứa được lưu giữ trong một cơ sở có tường bê tông dày để bảo vệ người vận hành khỏi bức xạ.

Xử lý trong tương lai: Chính phủ Anh đang tích cực tìm kiếm một giải pháp xử lý an toàn và lâu dài, trong đó xử lý địa chất là lựa chọn ưu tiên. Phương pháp này bao gồm việc chôn chất thải sâu dưới lòng đất trong một tầng địa chất ổn định.

Chương trình Hoàn trả chất thải thủy tinh hóa (VRR): Đây chương trình hợp tác giữa Sellafield Ltd và Dịch vụ hạt nhân quốc tế (International Nuclear Services - INS), chịu trách nhiệm hoàn trả chất thải thủy tinh hóa cho các khách hàng nước ngoài theo các thỏa thuận quốc tế và chính sách của Chính phủ Anh.

Hình 3: Các thùng chứa HLW thủy tinh hóa được đưa vào các silo (hố chứa) tại Anh - mỗi đĩa tròn trên sàn tương ứng một silo chứa mười thùng chứa:

Ghi chú:

- Thùng chứa HLW thủy tinh hóa:

Hình dạng: Thường có dạng hình trụ, làm bằng thép không gỉ, hoặc các vật liệu tương tự.

Kích thước: Đường kính có thể từ khoảng 0,4 mét đến 0,6 mét; chiều cao có thể từ 1 mét đến 1,5 mét.

Dung tích: Có thể chứa được một lượng HLW nhất định sau khi đã được thủy tinh hóa, thường là một khối lượng nhỏ, phù hợp với việc vận chuyển và lưu giữ.

Số lượng bó nhiên liệu đã được thủy tinh hóa trong mỗi canister phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước của canister và loại nhiên liệu đã qua sử dụng. Thông thường, một canister có thể chứa từ vài bó đến hàng chục bó nhiên liệu đã được xử lý.

- Silo chứa HLW:

Hình dạng: Silo có thể có hình trụ, hoặc hình hộp chữ nhật, được xây dựng bằng bê tông cốt thép để đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực.

Kích thước: Đường kính có thể dao động từ 2,5 mét đến 10 mét, hoặc lớn hơn (tùy thuộc vào quy mô của cơ sở lưu giữ và lượng HLW cần chứa); chiều cao thường từ 30 mét đến 35 mét.

Sức chứa: Sức chứa của hầm silo có thể lên đến hàng trăm, hoặc hàng nghìn mét khối (tùy thuộc vào kích thước và thiết kế của nó).

Lưu ý: Các kích thước trên chỉ là những kích thước phổ biến, kích thước cụ thể có thể thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và thiết kế của từng cơ sở lưu giữ. Việc thiết kế và xây dựng các thùng chứa và silo chứa HLW phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn phóng xạ và môi trường.

V. Chi phí quản lý chất thải:

Một trong những lo ngại phổ biến là chi phí xử lý chất thải quá cao và khó lường. Tuy nhiên, nhiều dự án quốc tế đã công bố con số rõ ràng, minh chứng “chi phí này hoàn toàn trong tầm kiểm soát”.

Điện hạt nhân là công nghệ sản xuất năng lượng quy mô lớn duy nhất chịu trách nhiệm hoàn toàn về tất cả chất thải và tính toàn bộ chi phí này vào sản phẩm. Các khoản dự phòng tài chính được lập ra để quản lý tất cả các loại chất thải phóng xạ dân dụng. Chi phí quản lý và xử lý chất thải của nhà máy điện hạt nhân thường chiếm khoảng 5% tổng chi phí sản xuất điện.

Hầu hết các công ty điện hạt nhân đều được chính phủ yêu cầu phải dành một khoản thuế (ví dụ: 0,1 cent/kWh ở Hoa Kỳ, 0,14 cent/kWh ở Pháp) để chi trả cho việc quản lý và xử lý chất thải của họ.

Các thỏa thuận thực tế để chi trả cho việc quản lý chất thải và ngừng hoạt động rất khác nhau. Tuy nhiên, mục tiêu chính luôn giống nhau: Đảm bảo có đủ tiền khi cần. Có ba cách tiếp cận chính:

1. Dự phòng trên bảng cân đối kế toán. Các khoản tiền để trang trải chi phí dự kiến cho việc quản lý chất thải và ngừng hoạt động được đưa vào bảng cân đối kế toán của công ty phát điện như một khoản nợ phải trả. Khi công việc quản lý chất thải và ngừng hoạt động được tiến hành, công ty phải đảm bảo rằng mình có đủ vốn đầu tư và dòng tiền để đáp ứng các khoản thanh toán theo yêu cầu.

2. Quỹ nội bộ. Các khoản thanh toán được thực hiện trong suốt thời gian hoạt động của cơ sở hạt nhân vào một quỹ đặc biệt do công ty nắm giữ và quản lý. Các quy tắc quản lý quỹ có thể khác nhau, nhưng nhiều quốc gia cho phép tái đầu tư quỹ vào tài sản của công ty, với điều kiện phải có chứng khoán và lợi nhuận đầu tư phù hợp.

3. Quỹ bên ngoài. Các khoản thanh toán được thực hiện vào một quỹ được nắm giữ bên ngoài công ty, thường là trong chính phủ, hoặc được quản lý bởi một nhóm ủy thác độc lập. Một lần nữa, các quy tắc quản lý quỹ cũng khác nhau. Một số quốc gia chỉ cho phép sử dụng quỹ cho mục đích quản lý chất thải và tháo dỡ, trong khi những quốc gia khác cho phép các công ty vay 1% quỹ để tái đầu tư vào hoạt động kinh doanh của họ. Bảng dưới đây giới thiệu một số ví dụ điển hình:

Bảng 3. Một số ví dụ điển hình chi phí ước tính cho hoạt động quản lý chất thải phóng xạ:

Bình luận: Chi phí quản lý chất thải đã được tích hợp trong giá điện hạt nhân và không làm giảm lợi thế cạnh tranh của nguồn năng lượng này.

VI. Bình luận chuyên sâu và kết luận:

Phần lớn các lo ngại về chất thải phóng xạ xuất phát từ sự thiếu thông tin và tâm lý e ngại hơn là từ cơ sở khoa học. Công nghệ quản lý chất thải phóng xạ (từ điện hạt nhân) đã được kiểm chứng qua hàng chục năm vận hành an toàn tại nhiều quốc gia - từ xử lý, vận chuyển, lưu giữ tạm thời đến giải pháp lưu giữ địa chất sâu. Tuy nhiên, yếu tố kỹ thuật chỉ là một phần; sự chấp thuận xã hội, minh bạch chính sách và quản trị tài chính dài hạn mới là điều kiện quyết định.

Bình luận chuyên sâu:

1. Kinh nghiệm Bắc Âu (Phần Lan, Thụy Điển) cho thấy minh bạch, tham vấn cộng đồng và lập quỹ dự phòng dài hạn là nền tảng cho thành công.

2. Thất bại tại dự án Yucca Mountain (Mỹ) chứng minh công nghệ tiên tiến vẫn không đủ, nếu thiếu đồng thuận xã hội và sự kiên định chính trị.

3. Đối với Việt Nam, tái khởi động chương trình điện hạt nhân, cần chuẩn bị từ sớm: Khung pháp lý rõ ràng, cơ chế tài chính bền vững cho quản lý chất thải, chiến lược truyền thông cộng đồng dựa trên khoa học và xây dựng lộ trình công nghệ phù hợp với điều kiện quốc gia.

Kết luận:

Những lo ngại về chất thải phóng xạ phần lớn chỉ là ngộ nhận. Kinh nghiệm quốc tế chứng minh: Giải pháp kỹ thuật an toàn đã được giải quyết, chi phí quản lý nằm trong tầm kiểm soát và thách thức lớn nhất là tạo dựng niềm tin xã hội. Với sự chuẩn bị bài bản và lộ trình chiến lược, quản lý chất thải phóng xạ hoàn toàn có thể trở thành một trụ cột vững chắc hỗ trợ sự phát triển bền vững của điện hạt nhân tại Việt Nam./.

HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM