Trung Quốc vừa đánh dấu một cột mốc lịch sử trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân thế hệ mới khi thực hiện thành công việc nạp nhiên liệu mới cho Lò phản ứng Muối nóng chảy Thorium (Th-MSR) đầu tiên trên thế giới trong lúc lò vẫn đang vận hành phát điện. Bước tiến này, được hé lộ qua một cuộc họp kín của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) vào đầu tháng 4 và các báo cáo sau đó, đã hoàn thành toàn bộ chu kỳ vận hành của lò phản ứng thử nghiệm đặt tại sa mạc Gobi, khẳng định tính ổn định, an toàn và hiệu quả của công nghệ hạt nhân được xem là đầy hứa hẹn này.
Thí nghiệm vòng lặp muối nóng chảy của Trung Quốc.
Ưu điểm vượt trội của Thorium và Muối nóng chảy
Lò phản ứng Th-MSR từ lâu đã được các nhà khoa học toàn cầu xem là tương lai của năng lượng hạt nhân vì những lợi thế vượt trội so với các lò phản ứng dùng Uranium phổ biến hiện nay. Thorium là nguyên liệu dồi dào hơn Uranium trong vỏ Trái Đất (ước tính chỉ một mỏ ở Nội Mông có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng TQ trong 60.000 năm) và tạo ra ít chất thải phóng xạ có chu kỳ bán rã dài hơn.
Khi kết hợp với công nghệ muối nóng chảy (nhiên liệu hạt nhân được hòa tan trong muối nóng chảy, vừa làm nhiên liệu vừa làm chất tải nhiệt), lò phản ứng trở nên an toàn hơn đáng kể. Nó hoạt động ở áp suất khí quyển (giảm nguy cơ nổ do áp suất cao) và có cơ chế tự điều chỉnh nhiệt độ, ngăn chặn tình trạng quá nhiệt. Đặc biệt, nếu xảy ra sự cố rò rỉ, muối nóng chảy chứa nhiên liệu Thorium sẽ nhanh chóng nguội đi và đông đặc lại, tự giới hạn sự phát tán phóng xạ – khác hẳn nguy cơ nóng chảy lõi và phát tán quy mô lớn như thảm họa Chernobyl. Ngoài ra, phụ phẩm từ chu trình nhiên liệu Thorium cũng khó bị sử dụng để chế tạo vũ khí hạt nhân hơn so với Uranium/Plutonium.
Trung Quốc "kế nhiệm" và vượt qua Mỹ
Điều thú vị là công nghệ Th-MSR không hề mới. Nó đã được nghiên cứu chuyên sâu tại Mỹ từ những năm 1950 với khoản đầu tư gần 1 tỷ USD thời đó, ban đầu nhắm đến việc chế tạo máy bay ném bom chạy bằng năng lượng hạt nhân. Tuy nhiên, đến năm 1961, Quốc hội Mỹ đã quyết định dừng dự án Thorium để tập trung vào Uranium, một phần vì tiềm năng quân sự hóa Uranium dễ dàng hơn.
"Hoa Kỳ đã công khai các nghiên cứu của mình, như thể chờ đợi một người kế nhiệm xứng đáng. Và chúng tôi chính là người kế nhiệm đó," Giáo sư Từ Hồng Kiệt (Xu Hongjie), Tổng công trình sư dự án lò phản ứng Thorium của Trung Quốc và là nhà khoa học tại Viện Vật lý Ứng dụng Thượng Hải (SINAP) thuộc CAS, tự hào phát biểu (theo Guangming Daily thuật lại).
Ngay sau khi Mỹ giải mật các tài liệu về lò phản ứng Thorium từ thập niên 1960, nhóm của Giáo sư Từ đã lao vào nghiên cứu, từng bước lặp lại các thí nghiệm cũ và cải tiến chúng. "Chúng tôi đã làm chủ mọi kỹ thuật trong tài liệu của họ, không những vậy còn tiến xa hơn," ông khẳng định.
Nghiên cứu tài liệu giải mật về công nghệ lò phản ứng hạt nhân Thorium của Mỹ trong thập niên 1960, Trung Quốc bây giờ mới là quốc gia vươn lên hoàn thiện công nghệ này
Năm 2018, các nhà khoa học Trung Quốc tự tin có thể xây dựng lò phản ứng Th-MSR. Dự án được triển khai thần tốc với đội ngũ tăng từ vài chục lên hơn 400 người. Sau 5 năm xây dựng tại sa mạc Gobi ( tỉnh Cam Túc), lò phản ứng công suất 2 megawatt nhiệt này đã đạt trạng thái tới hạn vào tháng 10/2023, vận hành toàn công suất vào tháng 6/2024 và hoàn tất chu kỳ với việc nạp nhiên liệu online thành công gần đây. Hiện Trung Quốc cũng đang xây dựng một lò Th-MSR lớn hơn (10 megawatt điện), dự kiến đạt tới hạn vào năm 2030.
Chia sẻ về thành công này, Giáo sư Từ cho rằng nhóm của ông đã chọn "con đường gian nan nhất, nhưng đó là con đường đúng đắn" khi tập trung vào giải pháp thực tiễn thay vì chỉ nghiên cứu lý thuyết. Khi được hỏi về cuộc đua công nghệ Mỹ-Trung, ông đã ví von bằng câu chuyện ngụ ngôn Rùa và Thỏ: "Thỏ đôi khi mắc sai lầm hoặc trở nên lười biếng. Đó là lúc Rùa nắm bắt cơ hội".
Việc Trung Quốc khởi động thành công lò phản ứng Thorium muối nóng chảy đầu tiên trên thế giới không chỉ là một thành tựu công nghệ quan trọng mà còn mang ý nghĩa chiến lược sâu sắc, có khả năng định hình lại tương lai của ngành năng lượng hạt nhân toàn cầu.
Thí nghiệm vòng lặp muối nóng chảy của Trung Quốc.
Ưu điểm vượt trội của Thorium và Muối nóng chảy
Lò phản ứng Th-MSR từ lâu đã được các nhà khoa học toàn cầu xem là tương lai của năng lượng hạt nhân vì những lợi thế vượt trội so với các lò phản ứng dùng Uranium phổ biến hiện nay. Thorium là nguyên liệu dồi dào hơn Uranium trong vỏ Trái Đất (ước tính chỉ một mỏ ở Nội Mông có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng TQ trong 60.000 năm) và tạo ra ít chất thải phóng xạ có chu kỳ bán rã dài hơn.
Khi kết hợp với công nghệ muối nóng chảy (nhiên liệu hạt nhân được hòa tan trong muối nóng chảy, vừa làm nhiên liệu vừa làm chất tải nhiệt), lò phản ứng trở nên an toàn hơn đáng kể. Nó hoạt động ở áp suất khí quyển (giảm nguy cơ nổ do áp suất cao) và có cơ chế tự điều chỉnh nhiệt độ, ngăn chặn tình trạng quá nhiệt. Đặc biệt, nếu xảy ra sự cố rò rỉ, muối nóng chảy chứa nhiên liệu Thorium sẽ nhanh chóng nguội đi và đông đặc lại, tự giới hạn sự phát tán phóng xạ – khác hẳn nguy cơ nóng chảy lõi và phát tán quy mô lớn như thảm họa Chernobyl. Ngoài ra, phụ phẩm từ chu trình nhiên liệu Thorium cũng khó bị sử dụng để chế tạo vũ khí hạt nhân hơn so với Uranium/Plutonium.
Trung Quốc "kế nhiệm" và vượt qua Mỹ
Điều thú vị là công nghệ Th-MSR không hề mới. Nó đã được nghiên cứu chuyên sâu tại Mỹ từ những năm 1950 với khoản đầu tư gần 1 tỷ USD thời đó, ban đầu nhắm đến việc chế tạo máy bay ném bom chạy bằng năng lượng hạt nhân. Tuy nhiên, đến năm 1961, Quốc hội Mỹ đã quyết định dừng dự án Thorium để tập trung vào Uranium, một phần vì tiềm năng quân sự hóa Uranium dễ dàng hơn.
"Hoa Kỳ đã công khai các nghiên cứu của mình, như thể chờ đợi một người kế nhiệm xứng đáng. Và chúng tôi chính là người kế nhiệm đó," Giáo sư Từ Hồng Kiệt (Xu Hongjie), Tổng công trình sư dự án lò phản ứng Thorium của Trung Quốc và là nhà khoa học tại Viện Vật lý Ứng dụng Thượng Hải (SINAP) thuộc CAS, tự hào phát biểu (theo Guangming Daily thuật lại).
Ngay sau khi Mỹ giải mật các tài liệu về lò phản ứng Thorium từ thập niên 1960, nhóm của Giáo sư Từ đã lao vào nghiên cứu, từng bước lặp lại các thí nghiệm cũ và cải tiến chúng. "Chúng tôi đã làm chủ mọi kỹ thuật trong tài liệu của họ, không những vậy còn tiến xa hơn," ông khẳng định.
Nghiên cứu tài liệu giải mật về công nghệ lò phản ứng hạt nhân Thorium của Mỹ trong thập niên 1960, Trung Quốc bây giờ mới là quốc gia vươn lên hoàn thiện công nghệ này
Năm 2018, các nhà khoa học Trung Quốc tự tin có thể xây dựng lò phản ứng Th-MSR. Dự án được triển khai thần tốc với đội ngũ tăng từ vài chục lên hơn 400 người. Sau 5 năm xây dựng tại sa mạc Gobi ( tỉnh Cam Túc), lò phản ứng công suất 2 megawatt nhiệt này đã đạt trạng thái tới hạn vào tháng 10/2023, vận hành toàn công suất vào tháng 6/2024 và hoàn tất chu kỳ với việc nạp nhiên liệu online thành công gần đây. Hiện Trung Quốc cũng đang xây dựng một lò Th-MSR lớn hơn (10 megawatt điện), dự kiến đạt tới hạn vào năm 2030.
Chia sẻ về thành công này, Giáo sư Từ cho rằng nhóm của ông đã chọn "con đường gian nan nhất, nhưng đó là con đường đúng đắn" khi tập trung vào giải pháp thực tiễn thay vì chỉ nghiên cứu lý thuyết. Khi được hỏi về cuộc đua công nghệ Mỹ-Trung, ông đã ví von bằng câu chuyện ngụ ngôn Rùa và Thỏ: "Thỏ đôi khi mắc sai lầm hoặc trở nên lười biếng. Đó là lúc Rùa nắm bắt cơ hội".
Việc Trung Quốc khởi động thành công lò phản ứng Thorium muối nóng chảy đầu tiên trên thế giới không chỉ là một thành tựu công nghệ quan trọng mà còn mang ý nghĩa chiến lược sâu sắc, có khả năng định hình lại tương lai của ngành năng lượng hạt nhân toàn cầu.
