Uranium (U) đã trở thành biểu tượng của các lò phản ứng phân hạch hạt nhân, loại lò phản ứng phổ biến nhất hiện nay. Hầu hết các lò phản ứng phân hạch đều sử dụng đồng vị uranium-235 làm nhiên liệu (thậm chí nó đã xuất hiện cả trong bộ phim hoạt hình The Simpsons dưới hình ảnh chất lỏng xanh phát quang tạo ra cá đột biến). Tuy nhiên, mặc dù có vị thế nổi bật 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 tách ra.
Tại vùng hoang vu của sa mạc Gobi, lò phản ứng thorium (Th) đầu tiên trên thế giới đã được xây dựng. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu từ Học viện Khoa học Trung Quốc đã chứng minh rằng lò phản ứng công suất 2 megawatt này có thể hoạt động liên tục mà không gặp sự cố, và họ đã đạt được một bước tiến mới—thành công trong việc nạp nhiên liệu khi lò vẫn đang hoạt động. Thorium-232, đồng vị tự nhiên phổ biến nhất của thorium, không thể tự mình phân hạch. Tuy nhiên, khi thu được một neutron bổ sung, nó có thể chuyển đổi thành protactinium và sau đó phân rã thành U-233. Quá trình này có thể diễn ra khi thorium được tiếp xúc với bức xạ cực mạnh, với đủ lượng neutron để xảy ra sự chuyển hóa. Protactinium sau đó được chiết xuất từ khu vực hoạt động của lò phản ứng trước khi quá nhiều neutron bị mất.
Chúng ta có thể tái chế sự phân rã của U-233 thành nhiên liệu mới hoặc tiếp tục cung cấp nhiên liệu cho máy, và trường hợp thứ hai thường được thực hiện với các lò phản ứng muối nóng chảy, như lò phản ứng thorium mới này. Các lò phản ứng này đang dần trở lại sau một thời gian dài vắng bóng—gần 1 tỷ USD đã được chi cho việc phát triển máy bay ném bom tàng hình sử dụng lò phản ứng muối nóng chảy với thorium làm nguồn năng lượng vào thời kỳ đầu của Chiến tranh Lạnh. Lò phản ứng muối nóng chảy đầu tiên được phát triển bởi các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge đã hoạt động tối ưu từ năm 1965 đến 1969 (hơn 13.000 giờ), nhưng Bộ Năng lượng đã mất hứng thú và không có thêm công trình nào được thực hiện để phát triển công nghệ này cho đến đầu những năm 2000.
Tuy nhiên, những nghiên cứu đó vẫn được công khai, và chính điều này đã giúp Trung Quốc khám phá và sử dụng làm cơ sở cho lò phản ứng của họ. Hóa ra, 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 dễ bay hơi—nên cần duy trì áp suất cao để giữ nó ở trạng thái lỏng. Nếu không có áp suất đó, nước sẽ bay hơi, và nhiên liệu của lò có thể quá nhiệt và dẫn đến tan chảy. Việc sử dụng muối nóng chảy ngăn ngừa chất thải phóng xạ rò rỉ bởi vì điểm sôi của muối cao hơn nhiều so với nhiệt độ của lò phản ứng. Trong trường hợp quá nhiệt, muối nóng chảy xung quanh lò sẽ nở ra và ngừng phản ứng.
Lò phản ứng muối nóng chảy cũng có thể sử dụng muối nóng chảy trong nhiên liệu, điều này giúp nó không bị đông lại trong trường hợp có sự cố (điều này thực sự rất tốt). Nhiên liệu trong các bình hoặc ống đó sẽ lan rộng và làm mát cho đến khi nó đông lại tại chỗ. Lò phản ứng của Trung Quốc sử dụng muối cả làm chất làm mát và trong nhiên liệu.
Thorium không chỉ dồi dào hơn uranium mà còn có ưu điểm không dễ bị vũ khí hóa. Mặc dù sự chuyển hóa của Th-232 tạo ra protactinium, có thể phân hủy thành U-233 và được sử dụng trong vũ khí hạt nhân, nhưng U-233 không nổ mạnh như các đồng vị khác (đồng vị thường được sử dụng trong các vũ khí hạt nhân từ uranium là U-235). Vì vậy, không có lý do gì để phải xử lý U-233 để tạo ra bom hạt nhân phi pháp.
Mặc dù hiện tại Trung Quốc đang dẫn đầu thế giới về lò phản ứng muối nóng chảy, nhưng Mỹ đang bắt kịp. Công ty công nghệ hạt nhân Core Power đang lên kế hoạch cho một mạng lưới lớn lò phản ứng nổi trong vòng một 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 vùng hoang vu của sa mạc Gobi, lò phản ứng thorium (Th) đầu tiên trên thế giới đã được xây dựng. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu từ Học viện Khoa học Trung Quốc đã chứng minh rằng lò phản ứng công suất 2 megawatt này có thể hoạt động liên tục mà không gặp sự cố, và họ đã đạt được một bước tiến mới—thành công trong việc nạp nhiên liệu khi lò vẫn đang hoạt động. Thorium-232, đồng vị tự nhiên phổ biến nhất của thorium, không thể tự mình phân hạch. Tuy nhiên, khi thu được một neutron bổ sung, nó có thể chuyển đổi thành protactinium và sau đó phân rã thành U-233. Quá trình này có thể diễn ra khi thorium được tiếp xúc với bức xạ cực mạnh, với đủ lượng neutron để xảy ra sự chuyển hóa. Protactinium sau đó được chiết xuất từ khu vực hoạt động của lò phản ứng trước khi quá nhiều neutron bị mất.
Chúng ta có thể tái chế sự phân rã của U-233 thành nhiên liệu mới hoặc tiếp tục cung cấp nhiên liệu cho máy, và trường hợp thứ hai thường được thực hiện với các lò phản ứng muối nóng chảy, như lò phản ứng thorium mới này. Các lò phản ứng này đang dần trở lại sau một thời gian dài vắng bóng—gần 1 tỷ USD đã được chi cho việc phát triển máy bay ném bom tàng hình sử dụng lò phản ứng muối nóng chảy với thorium làm nguồn năng lượng vào thời kỳ đầu của Chiến tranh Lạnh. Lò phản ứng muối nóng chảy đầu tiên được phát triển bởi các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge đã hoạt động tối ưu từ năm 1965 đến 1969 (hơn 13.000 giờ), nhưng Bộ Năng lượng đã mất hứng thú và không có thêm công trình nào được thực hiện để phát triển công nghệ này cho đến đầu những năm 2000.
Tuy nhiên, những nghiên cứu đó vẫn được công khai, và chính điều này đã giúp Trung Quốc khám phá và sử dụng làm cơ sở cho lò phản ứng của họ. Hóa ra, 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 dễ bay hơi—nên cần duy trì áp suất cao để giữ nó ở trạng thái lỏng. Nếu không có áp suất đó, nước sẽ bay hơi, và nhiên liệu của lò có thể quá nhiệt và dẫn đến tan chảy. Việc sử dụng muối nóng chảy ngăn ngừa chất thải phóng xạ rò rỉ bởi vì điểm sôi của muối cao hơn nhiều so với nhiệt độ của lò phản ứng. Trong trường hợp quá nhiệt, muối nóng chảy xung quanh lò sẽ nở ra và ngừng phản ứng.
Lò phản ứng muối nóng chảy cũng có thể sử dụng muối nóng chảy trong nhiên liệu, điều này giúp nó không bị đông lại trong trường hợp có sự cố (điều này thực sự rất tốt). Nhiên liệu trong các bình hoặc ống đó sẽ lan rộng và làm mát cho đến khi nó đông lại tại chỗ. Lò phản ứng của Trung Quốc sử dụng muối cả làm chất làm mát và trong nhiên liệu.
Thorium không chỉ dồi dào hơn uranium mà còn có ưu điểm không dễ bị vũ khí hóa. Mặc dù sự chuyển hóa của Th-232 tạo ra protactinium, có thể phân hủy thành U-233 và được sử dụng trong vũ khí hạt nhân, nhưng U-233 không nổ mạnh như các đồng vị khác (đồng vị thường được sử dụng trong các vũ khí hạt nhân từ uranium là U-235). Vì vậy, không có lý do gì để phải xử lý U-233 để tạo ra bom hạt nhân phi pháp.
Mặc dù hiện tại Trung Quốc đang dẫn đầu thế giới về lò phản ứng muối nóng chảy, nhưng Mỹ đang bắt kịp. Công ty công nghệ hạt nhân Core Power đang lên kế hoạch cho một mạng lưới lớn lò phản ứng nổi trong vòng một 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/
