Hướng đi mới an toàn hơn cho năng lượng hạt nhân

Theo nghiên cứu mới đây của trường Đại học Cambridge, bằng cách sử dụng Thorium làm nhiên liệu thay thế các đồng vị Uranium, năng lượng hạt nhân sẽ trở nên an toàn và dễ dàng khống chế hơn.

Kể từ khi năng lượng hạt nhân được phát triển, người ta đã xem xét rất nhiều giải pháp khác nhau để hạn chế và xử lý chất thải hạt nhân.

Có 2 loại chất thải hạt nhân : chất thải do sự phân rã hạt và chất thải actinide. Các sản phẩm do phân rã nhìn chung dễ dàng kiểm soát hơn, bởi chúng có chu kỳ bán rã tương đối ngắn. Ngược lại, actinide có chu kỳ nửa phân rã dài hơn, những kế hoạch xử lí chúng đều chỉ ra rằng cần phải chôn cất chúng trong những nơi có thể tồn tại hàng ngàn năm.

Các nhà máy điện hạt nhân sẽ là giải pháp năng lượng cho tương lai

Do đó, các nhà khoa học phải bắt đầu xem actinide là một loại nguyên liệu, thay vì xem như một loại chất thải cần xử lý, dùng những phản ứng của chính nó để tái chế và sử dùng như một loại nguyên liệu hạt nhân.

“Ý tưởng thu hồi actinide và đưa trở lại vào lò phản ứng hạt nhân thay vì vứt bỏ chúng đã được chứng minh là hữu hiệu và khả thi hơn, tuy nhiên điều này có vẻ không phù hợp với công nghệ của các lò phản ứng thương mại ở thời điểm hiện tại”, ông Geoff Parks thuộc khoa Cơ khí nói.

Ngoài việc thiếu công nghệ phù hợp, một vấn đề khác đối với kế hoạch này là Uranium đang được dùng làm nhiên liệu cho các máy năng lượng hạt nhân, sự an toàn của lò phản ứng hạt nhân phụ thuộc vào các hệ số phản hồi vẫn duy trì ở mức âm, nhằm ổn định mức năng lượng trong lò phản ứng nếu  các điều kiện hoạt động thay đổi. Trong một chu kỳ nhiên liệu Uranium, chất thải actinide chỉ có thể được tái chế một hoặc hai lần trước khi nhiên liệu tạo ra hệ số hồi tiếp đủ để cho thấy chúng không còn an toàn để sử dụng.

Tuy nhiên, theo như một sinh viên của Parker phát hiện ra được, nếu nguồn nhiên liệu Uranium được thay thế bằng Thorium, khi đó có thể sử dụng được công nghệ của lò phản ứng hiện nay mà không cần cải tiến, và actinide cũng sẽ được tái chế an toàn một cách không giới hạn.

Ý tưởng sử dụng Thorium làm nguồn nhiên liệu không phải là mới; nguyên mẫu lò phản ứng sử dụng Thorium đã được sử dụng tại Mỹ vào thập niên 1960. Theo ông Parks, “Lý do mà Thorium chưa bao giờ được nghiên cứu nghiêm túc để thay thế Uranium là bởi vì chu trình nhiên liệu Uranium tạo ra nhiều Plutonium hơn, loại nguyên liệu dùng để chế tạo vũ khí hạt nhân”. Ngoài ra còn do Thorium làm chậm sự phân hạt hơn Uranium khoảng 4 lần.

Ben Lindley, khi còn là sinh viên năm thứ tư, đã khám phá ra rằng, khi tái chế chất thải actinide trong một chu trình nhiên liệu Thorium, các hệ số hồi tiếp luôn duy trì ở mức âm, điều này nghĩa là chúng có thể liên tục được tái chế, mà chỉ tạo ra nhiều hơn những chất thải phân hạch có sự tồn tại ngắn ngủi cần xử lý.

Về nguyên tắc, Thorium có thể được dùng trong các lò phản ứng hiện có ngay bây giờ, nhưng để đạt được hiệu quả tối đa, Lindley đang nghiên cứu một phương án thay đổi thiết kế của các lò phản ứng. Hiện tại đang học tiến sĩ năm thứ nhất dưới sự hướng dẫn của Parks, Lindley làm việc cùng Cambridge Interprise để thương mại hóa nghiên cứu của anh.

Tuy nhiên, vẫn có những vấn đề cần giải quyết đối với việc sử dụng Thorium. Hiện tại không có một ngành công nghiệp Thorium nào, do đó cần đề ra một kế hoạch cơ sở hạ tầng, trước khi thực hiện những thay đổi ở các máy móc làm việc. Để giải quyết hai vấn đề lớn về cung cấp điện cho sự gia tăng dân cư và nóng lên của trái đất, sẽ cần phải có một nguồn đầu tư lớn cho nhà máy điện hạt nhân. Với những tiến triển trong nghiên cứu về Thorium, cũng như sự giới hạn của nguồn Uranium, Thorium đang được xem như một nguồn nguyên liệu thay thế khả thi.

“Những lý do để chọn Thorium là sự phong phú của nó so với Uranium, khả năng chống sự phân tán lớn hơn và có thể dùng làm nguyên liệu trong chu trình mà chất thải chỉ gồm các sản phẩm phân hạch”,”tôi cho rằng viễn cảnh của năng lượng hạt nhân trong tương lai sẽ giải quyết được phần lớn vấn đề lo ngại đối với các phế phẩm trường tồn của chúng – một gánh nặng đối với các máy phát tương lai.” theo Parks.

Với việc gia tăng 50% dân số toàn cầu được dự kiến trong 50 năm tới, để duy trì được khả năng cung cấp điện, một trạm năng lượng khổng lồ sẽ phải hoạt động liên tục tại một nơi nào đó.”Các cơ sở hạ tầng năng lượng hiện tại sẽ không còn hợp lý khi phải xem xét trong quy định về môi trường, và nếu đó là phải duy trì hàm lượng các bon thấp, chúng ta sẽ thấy vai trò của hạt nhân”, ông Parks nói.

Nguồn : Phys.org

Gadget @ MESLab (Biên dịch)

 

Authors

Related posts

*

Top