Nhà máy điện lò phản ứng thorium đầu tiên trên thế giới

Thí nghiệm vòng lặp muối nóng chảy của Trung Quốc. Ảnh: Thorium Energy World

Lò phản ứng muối nóng chảy thorium mới không cần dùng nước làm mát do sử dụng muối nóng chảy và carbon dioxide để truyền nhiệt và sản xuất điện. Dùng thorium làm nguyên liệu chủ chốt, thiết kế này giúp loại bỏ lo ngại về khả năng thiếu uranium, nhiên liệu phổ biến trong lò phản ứng hạt nhân bởi thorium dồi dào hơn uranium, Interesting Engineering hôm 26/7 đưa tin

Theo ước tính của một số nhà khoa học, Trung Quốc có đủ thorium dự trữ để đáp ứng nhu cầu điện trong 20.000 năm. Lò phản ứng được lên lịch hoàn thành và hoạt động trong năm 2029, sản sinh nhiệt ở công suất tối đa 60 megawatt (MW). Một phần nhiệt năng sẽ chạy máy phát điện 10MW, phần còn lại sẽ sản xuất hydro bằng cách tách phân tử nước ở nhiệt độ cao.

Nhà máy điện lò phản ứng muối nóng chảy nhỏ dạng module sử dụng thorium sẽ được xây dựng và vận hành bởi Viện vật lý ứng dụng Thượng Hải thuộc Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Viện chia sẻ kế hoạch xây dựng trong báo cáo đánh giá môi trường. Dự án này sẽ "thúc đẩy phát triển hàng loạt công nghệ bao gồm sản xuất vật liệu và thiết bị cao cấp", Viện thiết kế và nghiên cứu kỹ thuật hạt nhân Thượng Hải cho biết. Nó sẽ giúp Trung Quốc giành độc lập năng lượng.

Hiện nay, lò phản ứng thorium duy nhất đang hoạt động trên Trái Đất cũng nằm trên sa mạc Gobi, cách thành phố Vũ Uy, tỉnh Cam Túc, 120 km về phía tây bắc. Lò phản ứng thử nghiệm này chỉ có thể sản xuất 2 MW nhiệt năng và không sản xuất điện. Tuy nhiên, nó tích hợp một số công nghệ cách mạng, bao gồm siêu hợp kim có thể chịu nhiệt độ cao, bức xạ và ăn mòn hóa học.

Lò phản ứng nhỏ đó được cấp phép hoạt động từ Cục an toàn hạt nhân Trung Quốc vào tháng 6 năm ngoái và đạt phản ứng hạt nhân chuỗi bền vững vào tháng 10 cùng năm. Thành công của dự án thí điểm cung cấp nền móng và kinh nghiệm để xây dựng lò phản ứng lớn hơn có thể sản xuất điện. Đây là lần đầu tiên Trung Quốc tiết lộ tình trạng hoạt động của lò phản ứng thử nghiệm.

Lò phản ứng hạt nhân muối nóng chảy sử dụng thorium có một số ứng dụng quân sự tiềm năng do cấu trúc nhỏ gọn và an toàn, như cung cấp điện cho tàu hải quân, tàu ngầm, thậm chí máy bay. Khu vực xây lò phản ứng thế hệ mới nằm ở phía tây lò phản ứng nhỏ thử nghiệm, chiếm diện tích nhỏ hơn sân bóng đá. Muối nóng chảy đưa nhiên liệu thorium vào lõi lò phản ứng thông qua đường ống, để trải qua phản ứng chuỗi. Sau khi nhiệt độ tăng lên, nó chảy ra ở đầu bên kia và truyền nhiệt tới muối nóng chảy còn thorium tuần hoàn theo vòng riêng biệt. Muối nóng chảy không phóng xạ sau đó chảy vào nhà máy điện bên cạnh lò phản ứng, giúp chạy turbine gas dựa trên carbon dioxide để sản xuất điện.

Dự án mới cũng bao gồm nhiều cơ sở như trung tâm nghiên cứu và nhà máy xử lý nhiên liệu đã qua sử dụng. Theo báo cáo, hơn 80% nhiên liệu đã qua sử dụng sẽ được tái chế, phần chất thải phóng xạ còn lại sẽ đông đặc thành thủy tinh và chuyển tới cơ sở chứa chất thải hạt nhân sâu dưới lòng đất ở sa mạc Gobi. Hiện nay, phần lớn lò phản ứng nhiên liệu uranium sử dụng nước làm mát có nguy cơ phát nổ nếu bơm bị hỏng. Tuy nhiên, ở lò phản ứng thorium, muối nóng chảy có thể đổ vào khoang chứa bên dưới lò phản ứng, không đe dọa môi trường xung quanh.

Lò phản ứng mới sẽ được sử dụng cho mục đích nghiên cứu của các nhà khoa học. Tuy nhiên, một cơ sở điện gió, một nhà máy điện mặt trời, một cơ sở lưu trữ năng lượng dựa trên muối nóng chảy, một nhà máy nhiệt điện và một cơ sở sản xuất hóa chất cũng được xây dựng đồng thời với nhà máy điện thorium.

Các loại năng lượng khác nhau sẽ được tích hợp vào lưới điện thông minh để cung cấp đủ điện giá rẻ, thải ít carbon, ổn định cho sản xuất công nghiệp. Sau đó, bắt đầu từ năm 2020, Trung Quốc sẽ bắt đầu xây dựng lò phản ứng thorium module thương mại với công suất sản xuất điện 100 MW hoặc hơn. Những nhà đóng tàu Trung Quốc cũng giới thiệu thiết kế đầu tiên trên thế giới dành cho tàu container khổng lồ chạy nhờ lò phản ứng muối nóng chảy.

Một số nhà khoa học vẫn tỏ ra hoài nghi về tính khả thi của công nghệ này. Một thách thức lớn mà lò phản ứng phải đối mặt là đường ống kim loại trở nên giòn và thậm chí nứt vỡ dưới ảnh hưởng của muối nóng chảy với nhiệt độ, độ ăn mòn và tính phóng xạ cao. Phát hiện thêm các mỏ uranium mới và tăng cường sản xuất dường như cũng khiến việc thay thế bằng nhiên liệu thorium trở nên ít cấp bách hơn.

Hiện nay, Trung Quốc đang phát triển 6 - 8 lò phản ứng hạt nhân mỗi năm, sử dụng công nghệ mới tự phát triển. Trên thực tế, kế hoạch của Bắc Kinh là năm 2035, số lượng lò phản ứng cao cấp ở Trung Quốc sẽ đạt 150 lò, vượt qua tổng số lò của Mỹ và Pháp gộp lại.

An Khang (Theo Interesting Engineering)