Uranium (U) chắc chắn là biểu tượng cho các lò phản ứng phân hạch hạt nhân - loại lò phản ứng phổ biến nhất mà chúng ta có hiện nay. Phần lớn các lò phản ứng phân hạch được cung cấp năng lượng bởi đồng vị uranium-235, mà thậm chí đã xuất hiện trong bộ phim hoạt hình nổi tiếng The Simpsons như một chất lỏng xanh phát sáng, tạo ra cá biến hình. Tuy nhiên, mặc dù được biết đến rộng rãi trong văn hóa đại chúng và vật lý hạt nhân, uranium không phải là kim loại nặng duy nhất có khả năng giải phóng một lượng lớn năng lượng khi hạt nhân của nó bị phân tách.
Tại một vùng hẻo lánh trong sa mạc Gobi, lò phản ứng thorium (Th) đầu tiên trên thế giới đã được xây dựng. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã chứng minh rằng lò phản ứng này có công suất hai megawatt có thể khởi động và hoạt động mà không gặp trục trặc, và họ đã đạt được thêm một cột mốc nữa - thành công trong việc nạp nhiên liệu khi lò vẫn đang hoạt động. Đồng vị thorium-232 (đồng vị thorium phổ biến nhất) không có khả năng phân hạch một cách độc lập. Tuy nhiên, khi bắt được một neutron bổ sung, nó có thể chuyển đổi thành protactinium, một chất có thể phân rã thành uranium-233 (U-233). Việc này có thể thực hiện được bằng cách chiếu xạ thorium với bức xạ cực mạnh, giúp cung cấp đủ neutron cho quá trình chuyển đổi. Sau đó, protactinium sẽ được chiết xuất khỏi vùng hoạt động của lò phản ứng trước khi mất quá nhiều neutron.
Chúng ta có thể tái chế sự phân rã của U-233 thành nhiên liệu mới, hoặc tiếp tục cung cấp năng lượng cho máy móc bằng chính nó, trong đó phương pháp sau thường được áp dụng cho các lò phản ứng muối nóng chảy như lò thorium mới này. Những lò phản ứng này đang dần trở lại sau một thời gian dài nghỉ ngơi - gần 1 tỷ USD đã được chi tiêu để phát triển máy bay tàng hình với các lò phản ứng muối nóng chảy sử dụng thorium làm nguồn năng lượng vào thời kỳ đầu của Chiến tranh Lạnh. Khi lò phản ứng muối nóng chảy đầu tiên được phát triển bởi các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Oak Ridge, nó đã hoạt động với công suất đầy đủ từ năm 1965 tới năm 1969 (hơn 13.000 giờ), nhưng Bộ Năng lượng đã mất hứng thú và không tiến hành thêm bất kỳ công việc nào để phát triển công nghệ cho đến đầu những năm 2000.
Dù vậy, nghiên cứu này vẫn được công bố rộng rãi, đây chính là cách mà Trung Quốc phát hiện và sử dụng nó làm nền tảng cho lò phản ứng của mình. Và thực tế, muối nóng chảy vẫn là một lựa chọn hấp dẫn. Hầu hết các lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước làm chất làm mát, nhưng do nước có tính bay hơi - cần duy trì áp suất cao để nó giữ trạng thái lỏng. Nếu không có áp suất đó, nước sẽ bay hơi và nhiên liệu lò phản ứng có thể quá nhiệt dẫn tới sự cố nghiêm trọng. Việc sử dụng muối nóng chảy giúp ngăn ngừa chất thải hạt nhân rò rỉ vì điểm sôi của muối quá cao, không cho phép nó bay hơi ở nhiệt độ của lò phản ứng. Trong trường hợp quá nhiệt, muối nóng chảy sẽ mở rộng và dừng lại quá trình phản ứng.
Các lò phản ứng muối nóng chảy còn có thể sử dụng muối nóng chảy làm nhiên liệu, điều này làm cho nó có khả năng bị đóng băng trong trường hợp xảy ra sự cố (điều này là rất tốt). Nhiên liệu trong các thùng chứa hoặc ống sẽ lan ra và làm mát cho đến khi nó cuối cùng đóng băng tại chỗ. Lò phản ứng của Trung Quốc sử dụng muối vừa làm chất làm mát vừa làm nhiên liệu.
Thorium không chỉ phong phú hơn uranium mà còn có ưu điểm là không dễ bị chế tạo thành vũ khí. Mặc dù quá trình chuyển đổi Th-232 tạo ra protactinium, mà sau đó phân rã thành U-233 và có thể được sử dụng trong vũ khí hạt nhân, U-233 không dễ nổ như các đồng vị khác (đồng vị thường được sử dụng trong vũ khí uranium là U-235). Vì vậy, sẽ không có lý do gì để xử lý nó nhằm chế tạo bom hạt nhân trái phép.
Mặc dù Trung Quốc hiện đang dẫn đầu thế giới về các lò phản ứng muối nóng chảy, Mỹ cũng đang bắt kịp. Công ty công nghệ hạt nhân Core Power đang lên kế hoạch phát triển một mạng lưới lớn các nhà máy điện này trên biển trong thập kỷ tới. Chúng ta hãy cùng chờ xem muối nóng chảy sẽ đưa chúng ta đến đâu trong tương lai!
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/green-tech/a64550626/thorium-reactor-nuclear-power/
Tại một vùng hẻo lánh trong sa mạc Gobi, lò phản ứng thorium (Th) đầu tiên trên thế giới đã được xây dựng. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã chứng minh rằng lò phản ứng này có công suất hai megawatt có thể khởi động và hoạt động mà không gặp trục trặc, và họ đã đạt được thêm một cột mốc nữa - thành công trong việc nạp nhiên liệu khi lò vẫn đang hoạt động. Đồng vị thorium-232 (đồng vị thorium phổ biến nhất) không có khả năng phân hạch một cách độc lập. Tuy nhiên, khi bắt được một neutron bổ sung, nó có thể chuyển đổi thành protactinium, một chất có thể phân rã thành uranium-233 (U-233). Việc này có thể thực hiện được bằng cách chiếu xạ thorium với bức xạ cực mạnh, giúp cung cấp đủ neutron cho quá trình chuyển đổi. Sau đó, protactinium sẽ được chiết xuất khỏi vùng hoạt động của lò phản ứng trước khi mất quá nhiều neutron.
Chúng ta có thể tái chế sự phân rã của U-233 thành nhiên liệu mới, hoặc tiếp tục cung cấp năng lượng cho máy móc bằng chính nó, trong đó phương pháp sau thường được áp dụng cho các lò phản ứng muối nóng chảy như lò thorium mới này. Những lò phản ứng này đang dần trở lại sau một thời gian dài nghỉ ngơi - gần 1 tỷ USD đã được chi tiêu để phát triển máy bay tàng hình với các lò phản ứng muối nóng chảy sử dụng thorium làm nguồn năng lượng vào thời kỳ đầu của Chiến tranh Lạnh. Khi lò phản ứng muối nóng chảy đầu tiên được phát triển bởi các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Oak Ridge, nó đã hoạt động với công suất đầy đủ từ năm 1965 tới năm 1969 (hơn 13.000 giờ), nhưng Bộ Năng lượng đã mất hứng thú và không tiến hành thêm bất kỳ công việc nào để phát triển công nghệ cho đến đầu những năm 2000.
Dù vậy, nghiên cứu này vẫn được công bố rộng rãi, đây chính là cách mà Trung Quốc phát hiện và sử dụng nó làm nền tảng cho lò phản ứng của mình. Và thực tế, muối nóng chảy vẫn là một lựa chọn hấp dẫn. Hầu hết các lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước làm chất làm mát, nhưng do nước có tính bay hơi - cần duy trì áp suất cao để nó giữ trạng thái lỏng. Nếu không có áp suất đó, nước sẽ bay hơi và nhiên liệu lò phản ứng có thể quá nhiệt dẫn tới sự cố nghiêm trọng. Việc sử dụng muối nóng chảy giúp ngăn ngừa chất thải hạt nhân rò rỉ vì điểm sôi của muối quá cao, không cho phép nó bay hơi ở nhiệt độ của lò phản ứng. Trong trường hợp quá nhiệt, muối nóng chảy sẽ mở rộng và dừng lại quá trình phản ứng.
Các lò phản ứng muối nóng chảy còn có thể sử dụng muối nóng chảy làm nhiên liệu, điều này làm cho nó có khả năng bị đóng băng trong trường hợp xảy ra sự cố (điều này là rất tốt). Nhiên liệu trong các thùng chứa hoặc ống sẽ lan ra và làm mát cho đến khi nó cuối cùng đóng băng tại chỗ. Lò phản ứng của Trung Quốc sử dụng muối vừa làm chất làm mát vừa làm nhiên liệu.
Thorium không chỉ phong phú hơn uranium mà còn có ưu điểm là không dễ bị chế tạo thành vũ khí. Mặc dù quá trình chuyển đổi Th-232 tạo ra protactinium, mà sau đó phân rã thành U-233 và có thể được sử dụng trong vũ khí hạt nhân, U-233 không dễ nổ như các đồng vị khác (đồng vị thường được sử dụng trong vũ khí uranium là U-235). Vì vậy, sẽ không có lý do gì để xử lý nó nhằm chế tạo bom hạt nhân trái phép.
Mặc dù Trung Quốc hiện đang dẫn đầu thế giới về các lò phản ứng muối nóng chảy, Mỹ cũng đang bắt kịp. Công ty công nghệ hạt nhân Core Power đang lên kế hoạch phát triển một mạng lưới lớn các nhà máy điện này trên biển trong thập kỷ tới. Chúng ta hãy cùng chờ xem muối nóng chảy sẽ đưa chúng ta đến đâu trong tương lai!
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/green-tech/a64550626/thorium-reactor-nuclear-power/
