Uranium (U) có thể được xem là biểu tượng cho các lò phản ứng phân hạch hạt nhân – dạng 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 còn xuất hiện trong tập phim "The Simpsons" với hình ảnh "bùn xanh phát sáng" gây ra những con cá đột biến. Mặc dù nổi tiếng trong văn hóa đại chúng và vật lý hạt nhân, uranium không phải là kim loại nặng duy nhất có khả năng sản sinh ra nguồn năng lượng khổng lồ khi các hạt nhân của nó bị tách rời.
Tại vùng xa xôi 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 Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã chứng minh rằng lò phản ứng có công suất hai megawatt này có thể khởi động và hoạt động liên tục mà không gặp bất kỳ sự cố nào. Họ cũng đạt được một thành tựu khác – thành công trong việc nạp nhiên liệu trong khi lò vẫn đang hoạt động. Đồng vị thorium-232 (đồng vị thorium thường gặp nhất) không thể tự mình thực hiện phản ứng phân hạch. Tuy nhiên, khi nó hấp thụ một neutron dư, nó có thể biến thành protactinium, rồi sau đó phân rã thành U-233. Quá trình này cần phải được thực hiện bằng cách chiếu thorium vào bức xạ cực mạnh, làm nó bị bắn phá bởi nhiều neutron để xảy ra sự chuyển đổi. Protactinium sau đó sẽ được trích xuất khỏi vùng hoạt động của lò trước khi quá nhiều neutron bị mất.
Có thể tái chế U-233 sau quá trình phân rã để làm nhiên liệu mới, hoặc tiếp tục cung cấp nhiên liệu cho máy, thường được thực hiện bằng lò phản ứng muối nóng chảy như lò thorium mới này. Những lò phản ứng này đang dần được chú ý trở lại sau nhiều năm bị lãng quên – 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 tại 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 với công suất tối đa từ năm 1965 đến 1969 (hơn 13.000 giờ), nhưng Bộ Năng lượng Mỹ không còn mặn mà và không thực hiện thêm bất kỳ nghiên cứu nào để tiến bộ công nghệ cho đến đầu những năm 2000. Tuy nhiên, nghiên cứu này vẫn được công khai, từ đó Trung Quốc đã phát hiện ra và sử dụng làm nền tảng cho lò phản ứng của riêng mình.
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 vì nước dễ bay hơi – cần phải duy trì áp suất cao để giữ nước ở trạng thái lỏng. Nếu không duy trì áp suất, nước sẽ bay hơi và nhiên liệu trong lò có thể bị quá nóng dẫn đến nguy cơ tan chảy. Sử dụng muối nóng chảy giúp ngăn ngừa chất lỏng phóng xạ rò rỉ vì nhiệt độ 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 nở ra và dừng quá trình phản ứng. Lò phản ứng muối nóng chảy cũng có thể sử dụng muối trong nhiên liệu, điều này giúp nó không bị chảy trong trường hợp có sự cố (điều này rất quan trọng). Nhiên liệu trong các bình hoặc ống sẽ trải ra và làm mát cho đến khi cuối cùng đông lại tại chỗ.
Thorium không chỉ phong phú hơn uranium mà còn khó bị biến thành vũ khí hơn. Mặc dù sự chuyển đổi Th-232 tạo ra protactinium, có thể phân rã thành U-233 và được sử dụng trong vũ khí hạt nhân, nhưng U-233 không dễ dẫn đến phát nổ như các đồng vị khác (đồng vị thường dùng trong các loại vũ khí uranium là U-235). Do đó, sẽ không có nhiều lý do để xử lý nó nhằm chế tạo bom hạt nhân trái phép. Mặc dù hiện nay Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu về lò phản ứng muối nóng chảy, Mỹ đang dần bắt kịp. Công ty công nghệ hạt nhân Core Power đang lên kế hoạch tạo ra một mạng lưới khổng lồ các nhà máy điện nổi trong vòng một thập kỷ tới. Chúng ta sẽ cùng chờ xem liệu muối nóng chảy sẽ đưa chúng ta đến đâu nhé.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/green-tech/a64550626/thorium-reactor-nuclear-power/
Tại vùng xa xôi 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 Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã chứng minh rằng lò phản ứng có công suất hai megawatt này có thể khởi động và hoạt động liên tục mà không gặp bất kỳ sự cố nào. Họ cũng đạt được một thành tựu khác – thành công trong việc nạp nhiên liệu trong khi lò vẫn đang hoạt động. Đồng vị thorium-232 (đồng vị thorium thường gặp nhất) không thể tự mình thực hiện phản ứng phân hạch. Tuy nhiên, khi nó hấp thụ một neutron dư, nó có thể biến thành protactinium, rồi sau đó phân rã thành U-233. Quá trình này cần phải được thực hiện bằng cách chiếu thorium vào bức xạ cực mạnh, làm nó bị bắn phá bởi nhiều neutron để xảy ra sự chuyển đổi. Protactinium sau đó sẽ được trích xuất khỏi vùng hoạt động của lò trước khi quá nhiều neutron bị mất.
Có thể tái chế U-233 sau quá trình phân rã để làm nhiên liệu mới, hoặc tiếp tục cung cấp nhiên liệu cho máy, thường được thực hiện bằng lò phản ứng muối nóng chảy như lò thorium mới này. Những lò phản ứng này đang dần được chú ý trở lại sau nhiều năm bị lãng quên – 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 tại 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 với công suất tối đa từ năm 1965 đến 1969 (hơn 13.000 giờ), nhưng Bộ Năng lượng Mỹ không còn mặn mà và không thực hiện thêm bất kỳ nghiên cứu nào để tiến bộ công nghệ cho đến đầu những năm 2000. Tuy nhiên, nghiên cứu này vẫn được công khai, từ đó Trung Quốc đã phát hiện ra và sử dụng làm nền tảng cho lò phản ứng của riêng mình.
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 vì nước dễ bay hơi – cần phải duy trì áp suất cao để giữ nước ở trạng thái lỏng. Nếu không duy trì áp suất, nước sẽ bay hơi và nhiên liệu trong lò có thể bị quá nóng dẫn đến nguy cơ tan chảy. Sử dụng muối nóng chảy giúp ngăn ngừa chất lỏng phóng xạ rò rỉ vì nhiệt độ 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 nở ra và dừng quá trình phản ứng. Lò phản ứng muối nóng chảy cũng có thể sử dụng muối trong nhiên liệu, điều này giúp nó không bị chảy trong trường hợp có sự cố (điều này rất quan trọng). Nhiên liệu trong các bình hoặc ống sẽ trải ra và làm mát cho đến khi cuối cùng đông lại tại chỗ.
Thorium không chỉ phong phú hơn uranium mà còn khó bị biến thành vũ khí hơn. Mặc dù sự chuyển đổi Th-232 tạo ra protactinium, có thể phân rã thành U-233 và được sử dụng trong vũ khí hạt nhân, nhưng U-233 không dễ dẫn đến phát nổ như các đồng vị khác (đồng vị thường dùng trong các loại vũ khí uranium là U-235). Do đó, sẽ không có nhiều lý do để xử lý nó nhằm chế tạo bom hạt nhân trái phép. Mặc dù hiện nay Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu về lò phản ứng muối nóng chảy, Mỹ đang dần bắt kịp. Công ty công nghệ hạt nhân Core Power đang lên kế hoạch tạo ra một mạng lưới khổng lồ các nhà máy điện nổi trong vòng một thập kỷ tới. Chúng ta sẽ cùng chờ xem liệu muối nóng chảy sẽ đưa chúng ta đến đâu nhé.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/green-tech/a64550626/thorium-reactor-nuclear-power/
