Trung Quốc thử nghiệm thành công hệ thống loại bỏ nhiệt thụ động cho lò phản ứng nhanh thế hệ 4
Trung Quốc công bố thử nghiệm thành công công nghệ loại bỏ nhiệt thụ động cho lò phản ứng nhanh thế hệ 4, mở đường phát triển chu trình nhiên liệu khép kín.
Nhà máy điện hạt nhân ở Tần Sơn, tỉnh Chiết Giang, Trung Quốc năm 2023. Ảnh: SCMP.
Viện Năng lượng Nguyên tử Trung Quốc (CIAE) cho biết gần đây họ đã tiến hành thử nghiệm mô phỏng một hệ thống loại bỏ nhiệt dư thụ động dành cho lò phản ứng hạt nhân nhanh, gọi đây là một bước đột phá trong quá trình phát triển thế hệ lò phản ứng hạt nhân thứ tư với chu trình nhiên liệu khép kín.
“Đây là lần đầu tiên Trung Quốc tiến hành thử nghiệm nguyên lý đối với công nghệ loại bỏ nhiệt dư thụ động mới cho lò phản ứng nhanh tích hợp”, CIAE viết hôm đầu tuần, dù không tiết lộ thời điểm cụ thể diễn ra thử nghiệm.
Khác với các lò phản ứng nhiệt hạch truyền thống làm mát bằng nước và sử dụng neutron chậm để duy trì phản ứng dây chuyền, lò phản ứng nhanh vận hành nhờ neutron năng lượng cao, giúp hiệu suất nhiên liệu tốt hơn. Một số lò phản ứng nhanh còn có khả năng “sinh sản” nhiên liệu, tức là nhiên liệu đã tiêu hao có thể biến đổi thành vật liệu phân hạch mới và tái sử dụng.
Các lò phản ứng nhanh tích hợp thường dùng kim loại lỏng – phổ biến là natri – làm chất làm mát. Điểm khác biệt là chúng vận hành theo chu trình nhiên liệu khép kín, khi nhiên liệu đã qua sử dụng được tái chế ngay trong cùng cơ sở với lò phản ứng.
Cơ chế này có thể cho phép khai thác lượng năng lượng nhiều gấp 100 lần so với lò phản ứng làm mát bằng nước, bởi uranium chưa dùng hết có thể chuyển hóa thành các nguyên tử plutonium mới và được tái sử dụng. Theo Bộ Năng lượng Mỹ, quá trình tái chế liên tục cũng có thể giảm tới 90% lượng chất thải hạt nhân.
Hệ thống loại bỏ nhiệt dư được thiết kế để tản nhiệt phân rã phát sinh ngay cả sau khi phản ứng dây chuyền đã dừng, nhằm ngăn chặn nhiên liệu quá nhiệt và dẫn tới sự cố tan chảy. Các hệ thống này có thể ở dạng chủ động – sử dụng bơm hoặc bộ trao đổi nhiệt để cưỡng bức chất làm mát qua lõi lò – hoặc dạng thụ động, dựa trên các cơ chế tự nhiên như đối lưu nhiệt hoặc trọng lực để tản nhiệt, giúp duy trì an toàn ngay cả khi mất điện.
“Khả năng loại bỏ nhiệt dư của lõi lò bằng đối lưu tự nhiên của chất làm mát là yếu tố then chốt trong mức độ an toàn nội tại của lò phản ứng nhanh”, CIAE cho biết, đồng thời thừa nhận việc áp dụng và xác minh cơ chế này “hiện là chủ đề nóng và cũng là thách thức mang tính quốc tế”.
Lò phản ứng nhanh CFR-600 – dự án thế hệ thứ tư gần đây của Trung Quốc tại Hạ Phố, tỉnh Phúc Kiến – cũng dựa trên cơ chế làm mát thụ động. Theo tài liệu mà các nhà nghiên cứu CIAE trình bày tại Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) năm 2019, hệ thống loại bỏ nhiệt của lò này hoạt động theo nguyên lý thụ động. CFR-600 và phiên bản kế nhiệm của CFR-1000 (dự kiến trở thành lò phản ứng thương mại công suất gigawatt đầu tiên của Trung Quốc) được xem là bước đệm tiến tới loại lò phản ứng nhanh với chu trình nhiên liệu khép kín hoàn chỉnh.
CIAE cho biết hệ thống loại bỏ nhiệt thụ động mới đã được tích hợp vào thiết kế lò phản ứng nhanh tích hợp. Do cấu trúc bên trong lò khó quan sát trực tiếp, nhóm nghiên cứu đã phát triển công nghệ mô phỏng thử nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống này.
Bằng công nghệ đó, họ xây dựng một cơ sở thử nghiệm mô phỏng lò phản ứng nhanh tích hợp, tái hiện quá trình chuyển đổi từ trạng thái vận hành bình thường sang giai đoạn loại bỏ nhiệt sau khi ngừng hoạt động. Các thí nghiệm đã được tiến hành tại đây để kiểm chứng hệ thống mới.
“Cơ sở này là nền tảng quan trọng để hiểu nguyên lý vận hành của hệ thống loại bỏ nhiệt dư thụ động mới cho lò phản ứng nhanh tích hợp, và được kỳ vọng sẽ đóng vai trò then chốt trong thiết kế cũng như phát triển các lò phản ứng nhanh khác”, CIAE nhấn mạnh.
Viện cũng cho biết kết quả thử nghiệm đã được các chuyên gia từ nhiều cơ sở uy tín đánh giá, bao gồm Đại học Thanh Hoa, Đại học Giao thông Tây An, Đại học Điện lực Hoa Bắc và Đại học Trùng Khánh.
