Bui Nhat Minh
Intern Writer
Từng là biểu tượng của tiến bộ khoa học, năng lượng hạt nhân ở Mỹ đã trải qua một giai đoạn “chững lại” sau những vụ tai nạn nghiêm trọng như Chernobyl (1986) và Three Mile Island (1979). Khi nhà máy điện hạt nhân đầu tiên hoạt động năm 1957, nước Mỹ từng tràn đầy kỳ vọng vào nguồn năng lượng mới này. Nhưng đến những năm 1990, dư luận bắt đầu quay lưng, khiến các dự án xây dựng và nghiên cứu lò phản ứng mới gần như bị đình trệ suốt ba thập kỷ.
Thế nhưng, thời thế đang thay đổi. Khi nhu cầu năng lượng tăng cao và áp lực cắt giảm khí thải carbon ngày càng lớn, năng lượng hạt nhân lại được nhìn nhận với ánh mắt khác đặc biệt là với một thế hệ lò phản ứng mới, nhỏ gọn và an toàn hơn rất nhiều.
Lò phản ứng vi mô: Nhỏ nhưng có võ
Không còn là những "gã khổng lồ" bê tông thép, các lò phản ứng hạt nhân thế hệ mới gọi là lò phản ứng siêu nhỏ (microreactor) hoặc pin hạt nhân có thể dễ dàng đặt vừa lên một chiếc xe tải. Chúng cung cấp lượng điện khiêm tốn, từ 1 đến 20 megawatt, nhưng vẫn đủ để cấp điện cho hàng nghìn hộ gia đình trong một năm.
Không chỉ nhỏ, chúng còn rẻ hơn và an toàn hơn. Nếu như một nhà máy hạt nhân lớn có thể ngốn tới 15 tỷ USD thì một lò phản ứng vi mô chỉ tiêu tốn khoảng 200 triệu USD. Điều này khiến chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn với cả các công ty khởi nghiệp như Radiant Nuclear, Oklo lẫn những "ông lớn" như Westinghouse.
Những thiết bị này phù hợp để cung cấp điện cho các khuôn viên đại học, cộng đồng khai thác ở vùng xa, thậm chí được lắp đặt trên xà lan làm nhà máy điện nổi hoặc dùng cho các căn cứ quân sự. Và vì nhỏ gọn, chúng cũng được kỳ vọng sẽ mở đường cho việc cung cấp năng lượng ngoài không gian.
Vận hành thông minh và tự động
Tất cả các lò phản ứng hạt nhân đều hoạt động dựa trên nguyên lý phân hạch hạt nhân tách nguyên tử Uranium-235 bằng neutron để giải phóng năng lượng. Tuy nhiên, để thu nhỏ công nghệ này mà vẫn duy trì hiệu quả và an toàn, các kỹ sư đã phải cải tiến nhiều mặt.
Một trong những thách thức lớn là việc duy trì phản ứng dây chuyền trong các lò nhỏ hơn. Do tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao, nhiều neutron bị rò rỉ trước khi kịp tham gia vào quá trình phân hạch. Giải pháp là sử dụng nhiên liệu TRISO các viên Uranium-235 mật độ cao, được bọc trong nhiều lớp carbon và gốm giúp chúng không bị tan chảy và giữ lại sản phẩm phụ nguy hiểm.
Thay vì nước, nhiều lò vi mô hiện dùng muối nóng chảy, kim loại lỏng hoặc khí heli để làm mát những chất có nhiệt độ sôi cao hơn, giúp tăng hiệu quả sinh nhiệt.
Và khác với các thế hệ cũ cần nguồn điện để kích hoạt hệ thống an toàn, lò vi mô hiện đại làm mát thụ động, không cần điện hay máy bơm. Trong trường hợp khẩn cấp, chúng sẽ tự giảm nhiệt bằng dẫn nhiệt, bức xạ hoặc hạ áp giảm thiểu rủi ro rò rỉ phóng xạ một cách tối đa.
Tương lai năng lượng không phát thải
Năng lượng hạt nhân có những lợi thế vượt trội: không thải khí carbon, hoạt động 24/7, và rất đáng tin cậy. Trong khi năng lượng mặt trời và gió phụ thuộc vào thời tiết, nhiên liệu hóa thạch thì chịu tác động bởi biến động giá, các lò phản ứng hạt nhân hiện đại có thể hoạt động từ 5 đến 8 năm không cần tiếp nhiên liệu.
Không chỉ các công ty công nghệ lớn với trung tâm dữ liệu ngốn điện, mà cả đại học MIT và Penn State cũng đang muốn sử dụng lò eVinci của Westinghouse để cấp điện cho khuôn viên trường. Chúng còn được đánh giá là phù hợp với những nơi khó tiếp cận như Bắc Cực, đảo xa hay trạm nghiên cứu, nơi điện diesel vừa đắt vừa khó vận chuyển.
Westinghouse dự kiến sẽ triển khai các lò phản ứng vi mô đầu tiên vào năm 2030. Theo tiến sĩ Jon Ball, lãnh đạo dự án eVinci, mục tiêu là sản xuất lò vi mô hàng loạt giống như xe hơi thời Henry Ford.
Ông tin rằng công nghệ này có thể "giúp mở ra một kỷ nguyên mới, nơi năng lượng trở nên dồi dào, an toàn, dễ tiếp cận – không chỉ trên Trái Đất mà còn cả ngoài không gian."
Thế nhưng, thời thế đang thay đổi. Khi nhu cầu năng lượng tăng cao và áp lực cắt giảm khí thải carbon ngày càng lớn, năng lượng hạt nhân lại được nhìn nhận với ánh mắt khác đặc biệt là với một thế hệ lò phản ứng mới, nhỏ gọn và an toàn hơn rất nhiều.
Lò phản ứng vi mô: Nhỏ nhưng có võ
Không còn là những "gã khổng lồ" bê tông thép, các lò phản ứng hạt nhân thế hệ mới gọi là lò phản ứng siêu nhỏ (microreactor) hoặc pin hạt nhân có thể dễ dàng đặt vừa lên một chiếc xe tải. Chúng cung cấp lượng điện khiêm tốn, từ 1 đến 20 megawatt, nhưng vẫn đủ để cấp điện cho hàng nghìn hộ gia đình trong một năm.
Không chỉ nhỏ, chúng còn rẻ hơn và an toàn hơn. Nếu như một nhà máy hạt nhân lớn có thể ngốn tới 15 tỷ USD thì một lò phản ứng vi mô chỉ tiêu tốn khoảng 200 triệu USD. Điều này khiến chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn với cả các công ty khởi nghiệp như Radiant Nuclear, Oklo lẫn những "ông lớn" như Westinghouse.
Những thiết bị này phù hợp để cung cấp điện cho các khuôn viên đại học, cộng đồng khai thác ở vùng xa, thậm chí được lắp đặt trên xà lan làm nhà máy điện nổi hoặc dùng cho các căn cứ quân sự. Và vì nhỏ gọn, chúng cũng được kỳ vọng sẽ mở đường cho việc cung cấp năng lượng ngoài không gian.
Vận hành thông minh và tự động
Tất cả các lò phản ứng hạt nhân đều hoạt động dựa trên nguyên lý phân hạch hạt nhân tách nguyên tử Uranium-235 bằng neutron để giải phóng năng lượng. Tuy nhiên, để thu nhỏ công nghệ này mà vẫn duy trì hiệu quả và an toàn, các kỹ sư đã phải cải tiến nhiều mặt.
Một trong những thách thức lớn là việc duy trì phản ứng dây chuyền trong các lò nhỏ hơn. Do tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao, nhiều neutron bị rò rỉ trước khi kịp tham gia vào quá trình phân hạch. Giải pháp là sử dụng nhiên liệu TRISO các viên Uranium-235 mật độ cao, được bọc trong nhiều lớp carbon và gốm giúp chúng không bị tan chảy và giữ lại sản phẩm phụ nguy hiểm.
Thay vì nước, nhiều lò vi mô hiện dùng muối nóng chảy, kim loại lỏng hoặc khí heli để làm mát những chất có nhiệt độ sôi cao hơn, giúp tăng hiệu quả sinh nhiệt.
Và khác với các thế hệ cũ cần nguồn điện để kích hoạt hệ thống an toàn, lò vi mô hiện đại làm mát thụ động, không cần điện hay máy bơm. Trong trường hợp khẩn cấp, chúng sẽ tự giảm nhiệt bằng dẫn nhiệt, bức xạ hoặc hạ áp giảm thiểu rủi ro rò rỉ phóng xạ một cách tối đa.
Tương lai năng lượng không phát thải
Năng lượng hạt nhân có những lợi thế vượt trội: không thải khí carbon, hoạt động 24/7, và rất đáng tin cậy. Trong khi năng lượng mặt trời và gió phụ thuộc vào thời tiết, nhiên liệu hóa thạch thì chịu tác động bởi biến động giá, các lò phản ứng hạt nhân hiện đại có thể hoạt động từ 5 đến 8 năm không cần tiếp nhiên liệu.
Không chỉ các công ty công nghệ lớn với trung tâm dữ liệu ngốn điện, mà cả đại học MIT và Penn State cũng đang muốn sử dụng lò eVinci của Westinghouse để cấp điện cho khuôn viên trường. Chúng còn được đánh giá là phù hợp với những nơi khó tiếp cận như Bắc Cực, đảo xa hay trạm nghiên cứu, nơi điện diesel vừa đắt vừa khó vận chuyển.
Westinghouse dự kiến sẽ triển khai các lò phản ứng vi mô đầu tiên vào năm 2030. Theo tiến sĩ Jon Ball, lãnh đạo dự án eVinci, mục tiêu là sản xuất lò vi mô hàng loạt giống như xe hơi thời Henry Ford.
Ông tin rằng công nghệ này có thể "giúp mở ra một kỷ nguyên mới, nơi năng lượng trở nên dồi dào, an toàn, dễ tiếp cận – không chỉ trên Trái Đất mà còn cả ngoài không gian."
