Uranium (U) từ lâu đã trở thành biểu tượng cho các lò phản ứng phân hạch hạt nhân, kiểu lò phản ứng phổ biến nhất hiện nay. Phần lớn các lò phản ứng phân hạch sử dụng đồng vị uranium-235 làm nhiên liệu, và điều này cũng đã thâm nhập vào văn hóa đại chúng, như trong bộ phim hoạt hình The Simpsons với hình ảnh chất lỏng màu xanh phát quang biến thành cá đột biến. Tuy nhiên, uranium không phải là kim loại nặng duy nhất có khả năng giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ khi hạt nhân của nó bị phân tách. Trên vùng sa mạc Gobi hoang vu, 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 một cách trơn tru, và quan trọng hơn, họ đã thành công trong việc nạp nhiên liệu trong khi lò đang hoạt động.
Thorium-232, đồng vị thorium thường gặp nhất, không thể thực hiện quá trình phân hạch một cách độc lập. Tuy nhiên, khi nó giữ lại một neutron thêm vào, nó có thể chuyển đổi thành protactinium và sau đó phân rã thành U-233. Điều này chỉ có thể thực hiện được khi thorium được tiếp xúc với bức xạ cực mạnh, cung cấp đủ neutron để xảy ra quá trình chuyển đổi. Protactinium sẽ được chiết xuất từ vùng hoạt động của lò phản ứng trước khi quá nhiều neutron bị mất. Việc tái chế sự phân rã U-233 thành nhiên liệu mới hoặc tiếp tục sử dụng nó làm nhiên liệu cho lò là hoàn toàn khả thi, điều này thường xảy ra với các lò phản ứng muối nóng chảy như lò thorium mới này.
Các lò phản ứng này hiện đang dần được phục hồi sau nhiều thập kỷ gián đoạn; gần 1 tỷ USD đã được chi tiêu cho việc phát triển máy bay ném bom tàng hình sử dụng các lò phản ứng muối nóng chảy với thorium để sản xuất năng lượng hạt nhân vào thời kỳ đầu của Chiến tranh Lạnh. Khi lò phản ứng muối nóng chảy đầu tiên được phát triển tại Oak Ridge National Laboratory, nó đã hoạt động ở công suất tối đa từ năm 1965 đến 1969, tổng cộng hơn 13,000 giờ. Tuy nhiên, Bộ Năng lượng Mỹ đã mất sự quan tâm và không có thêm công việc nào được thực hiện để thúc đẩy công nghệ này cho đến đầu những năm 2000. Nhưng nghiên cứu này vẫn giữ được tính khả dụng công khai, điều này giúp Trung Quốc phát hiện và sử dụng nó làm nền tảng cho lò phản ứng của họ.
Điều thú vị là 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 nước rất dễ bay hơi – cần duy trì áp lực cao để nước giữ được trạng thái lỏng. Nếu không có áp lực, nước sẽ bốc hơi, và nhiên liệu lò phản ứng có thể bị quá nhiệt và gây ra sự cố nghiêm trọng. Việc sử dụng muối nóng chảy giúp ngăn chặn chất thải phóng xạ rò rỉ vì nhiệt độ sôi của muối quá cao để bốc hơi ở nhiệt độ của lò phản ứng. Trong trường hợp quá nhiệt, muối nóng chảy sẽ giãn nở và làm ngưng trệ phản ứng. Các lò phản ứng muối nóng chảy cũng có thể sử dụng chính muối nóng chảy làm nhiên liệu, điều này khiến chúng có khả năng đông cứng trong trường hợp xảy ra rò rỉ, một điều hết sức tích cực. Nhiên liệu trong các bình hoặc ống đó sẽ lan tỏa và nguội đi cho đến khi nó đông cứng lại.
Thorium không chỉ phong phú hơn uranium, mà còn có lợi thế là không dễ dàng bị chuyển hóa thành vũ khí. Mặc dù quá trình chuyển đổi Th-232 sản sinh ra protactinium và phân rã thành U-233 có thể được sử dụng trong vũ khí hạt nhân, nhưng U-233 không mạnh mẽ như các đồng vị khác (đồng vị thường được sử dụng trong vũ khí hạt nhân là U-235). Vì vậy, không có nhiều lý do để chuyển đổi nó thành bom hạt nhân trái phép. Mặc dù Trung Quốc hiện đang dẫn đầu thế giới về các lò phản ứng muối nóng chảy, nhưng Mỹ cũng đang bắt nhịp theo. Công ty công nghệ hạt nhân Core Power đang lên kế hoạch xây dựng một mạng lưới khổng lồ các nhà máy điện này trong vòng một thập kỷ tới. Chúng ta chỉ còn phải chờ xem những gì muối nóng chảy có thể mang đến cho tương lai.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/health/a65025437/detect-toxins-mccps/
Thorium-232, đồng vị thorium thường gặp nhất, không thể thực hiện quá trình phân hạch một cách độc lập. Tuy nhiên, khi nó giữ lại một neutron thêm vào, nó có thể chuyển đổi thành protactinium và sau đó phân rã thành U-233. Điều này chỉ có thể thực hiện được khi thorium được tiếp xúc với bức xạ cực mạnh, cung cấp đủ neutron để xảy ra quá trình chuyển đổi. Protactinium sẽ được chiết xuất từ vùng hoạt động của lò phản ứng trước khi quá nhiều neutron bị mất. Việc tái chế sự phân rã U-233 thành nhiên liệu mới hoặc tiếp tục sử dụng nó làm nhiên liệu cho lò là hoàn toàn khả thi, điều này thường xảy ra với các lò phản ứng muối nóng chảy như lò thorium mới này.
Các lò phản ứng này hiện đang dần được phục hồi sau nhiều thập kỷ gián đoạn; gần 1 tỷ USD đã được chi tiêu cho việc phát triển máy bay ném bom tàng hình sử dụng các lò phản ứng muối nóng chảy với thorium để sản xuất năng lượng hạt nhân vào thời kỳ đầu của Chiến tranh Lạnh. Khi lò phản ứng muối nóng chảy đầu tiên được phát triển tại Oak Ridge National Laboratory, nó đã hoạt động ở công suất tối đa từ năm 1965 đến 1969, tổng cộng hơn 13,000 giờ. Tuy nhiên, Bộ Năng lượng Mỹ đã mất sự quan tâm và không có thêm công việc nào được thực hiện để thúc đẩy công nghệ này cho đến đầu những năm 2000. Nhưng nghiên cứu này vẫn giữ được tính khả dụng công khai, điều này giúp Trung Quốc phát hiện và sử dụng nó làm nền tảng cho lò phản ứng của họ.
Điều thú vị là 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 nước rất dễ bay hơi – cần duy trì áp lực cao để nước giữ được trạng thái lỏng. Nếu không có áp lực, nước sẽ bốc hơi, và nhiên liệu lò phản ứng có thể bị quá nhiệt và gây ra sự cố nghiêm trọng. Việc sử dụng muối nóng chảy giúp ngăn chặn chất thải phóng xạ rò rỉ vì nhiệt độ sôi của muối quá cao để bốc hơi ở nhiệt độ của lò phản ứng. Trong trường hợp quá nhiệt, muối nóng chảy sẽ giãn nở và làm ngưng trệ phản ứng. Các lò phản ứng muối nóng chảy cũng có thể sử dụng chính muối nóng chảy làm nhiên liệu, điều này khiến chúng có khả năng đông cứng trong trường hợp xảy ra rò rỉ, một điều hết sức tích cực. Nhiên liệu trong các bình hoặc ống đó sẽ lan tỏa và nguội đi cho đến khi nó đông cứng lại.
Thorium không chỉ phong phú hơn uranium, mà còn có lợi thế là không dễ dàng bị chuyển hóa thành vũ khí. Mặc dù quá trình chuyển đổi Th-232 sản sinh ra protactinium và phân rã thành U-233 có thể được sử dụng trong vũ khí hạt nhân, nhưng U-233 không mạnh mẽ như các đồng vị khác (đồng vị thường được sử dụng trong vũ khí hạt nhân là U-235). Vì vậy, không có nhiều lý do để chuyển đổi nó thành bom hạt nhân trái phép. Mặc dù Trung Quốc hiện đang dẫn đầu thế giới về các lò phản ứng muối nóng chảy, nhưng Mỹ cũng đang bắt nhịp theo. Công ty công nghệ hạt nhân Core Power đang lên kế hoạch xây dựng một mạng lưới khổng lồ các nhà máy điện này trong vòng một thập kỷ tới. Chúng ta chỉ còn phải chờ xem những gì muối nóng chảy có thể mang đến cho tương lai.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/health/a65025437/detect-toxins-mccps/
