Thí nghiệm kiểm chứng tính an toàn
Ngày 28/1, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản (JAEA) phối hợp với Cơ quan Năng lượng Hạt nhân (OECD / NEA) thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế đã tiến hành thử nghiệm kiểm chứng tính an toàn của Lò phản ứng thử nghiệm kỹ thuật nhiệt độ cao “HTTR” (Thị trấn Oarai, tỉnh Ibaraki , Công suất nhiệt 30.000 kW). HTTR là Lò phản ứng khí nhiệt độ cao có hiệu suất cao nhất thế giới. Qua thử nghiệm với máy thực tế đã chứng minh rằng ngay cả khi mất hết nguồn điện trong quá trình hoạt động, nó vẫn tự nhiên dừng lại mà không cần thao tác của người vận hành và không dẫn đến tai nạn như tan chảy lõi lò. Thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện khắc nghiệt tương đương với sự mất toàn bộ công suất, thông qua việc cho ngừng tuần hoàn chất làm mát và khí heli. Phản ứng của HTTR đã diễn ra đúng như dự kiến. Chỉ với chức năng an toàn duy nhất của Lò phản ứng khí nhiệt độ cao, lò phản ứng đã tự động tắt mà không cần sử dụng thanh điều khiển và quá trình làm mát tự nhiên cho lõi lò được tiến hành.
Trong vụ tai nạn tại Nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi của TEPCO, lõi lò bị tan chảy do mất hết nguồn điện và một khu vực rộng lớn bị nhiễm phóng xạ. Tuy nhiên, ở Lò phản ứng khí nhiệt độ cao, cho dù gặp phải tai nạn tương tự như nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi thì cũng không xảy ra tình trạng như vậy. Nó đã được xác nhận lại không chỉ trên lý thuyết mà còn trong các thử nghiệm sử dụng HTTR. Sự phát triển Lò phản ứng khí nhiệt độ cao của Nhật Bản đang đi đầu trên thế giới. Trung Quốc cũng đang phát triển một loại lò phản ứng khí nhiệt độ cao khác, nhưng HTTR là lò đầu tiên trên thế giới thực hiện thử nghiệm xác minh độ an toàn với mức như thử nghiệm như lần này. Vào tháng 3 tới sẽ thực hiện thử nghiệm kiểm chứng công suất lò phản ứng sẽ được tăng từ 30% (lần này) lên 100%. Kế hoạch này sẽ tăng cường dữ liệu và làm cho Lò phản ứng khí nhiệt độ cao được công nhận rộng rãi trong và ngoài nước như một Lò phản ứng không xảy ra tai nạn lớn.
Tính an toàn của HTTR
Các hạt nhiên liệu có đường kính 1 mm sử dụng trong nhiên liệu HTTR được phủ bằng gốm sứ và chịu được nhiệt độ 1600 độ. Các hạt nhiên liệu cấu tạo bốn lớp giữ chặt phóng xạ bên trong và không cho thoát ra ngoài. Than chì cấu tạo nên lõi có nhiệt dung lớn. Ngay cả khi có bất thường xảy ra, nhiệt độ của lõi sẽ tăng từ từ và nhiệt lượng này sẽ được tản ra từ bề mặt của Lò phản ứng ra bên ngoài. Ngoài ra, Lò phản ứng khí ở nhiệt độ cao có “tính an toàn nội tại”. An toàn nội tại là chức năng ngăn chặn các bất thường bằng cơ chế vật lý của chính hệ thống mà không cần tác động từ bên ngoài khi tình huống nguy hiểm xảy ra. Trong Lò phản ứng khí ở nhiệt độ cao, nếu ống dẫn khí heli bị vỡ và nhiệt độ lõi tăng lên bất thường, phản ứng phân hạch sẽ dừng lại mà không cần đưa các thanh điều khiển vào. Nhiệt độ cao sinh ra trong tâm lò sẽ được hấp thụ bởi than chì là phần cấu tạo có nhiệt dung lớn của lõi lò.Nhiệt sẽ được giải phóng vào khí quyển và quá trình tắt lạnh được thực hiện. Ba yêu cầu “dừng”, “làm lạnh” và “giam giữ” trong trường hợp xảy ra sự cố hạt nhân thì trong Lò phản ứng khí nhiệt độ cao đều đạt được thông qua các hiện tượng vật lý mà không cần có sự can thiệp của con người.
Tính ưu việt của HTTR
Ngoài ra, JAEA sẽ bắt đầu thiết kế cơ sở sản xuất hydro tận dụng nhiệt độ cao gần 1.000 độ C của HTTR từ năm 2022. Kế hoạch đầu tiên là sản xuất hydro từ khí tự nhiên, giai đoạn tiếp theo chỉ sử dụng iốt, lưu huỳnh và nước để sản xuất khối lượng lớn hydro mà không tạo ra carbon dioxide. Lò phản ứng khí nhiệt độ cao sử dụng than chì làm “chất làm chậm” tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng phân hạch của nhiên liệu uranium, và dùng khí heli làm “chất làm mát” để tải nhiệt sinh ra trong quá trình phân hạch. Trong Lò phản ứng nước nhẹ, hơi nước có nhiệt độ khoảng 300 độ được sử dụng để phát điện, nhưng trong Lò phản ứng khí ở nhiệt độ cao, khí heli đạt khoảng 1.000 độ, và quá trình phát điện tuabin khí hiệu suất nhiệt cao được thực hiện đồng thời tạo ra hydro. Nó cũng mở đường cho quá trình sản xuất thép hydro khử cacbon. Một tính năng nổi bật nữa của Lò phản ứng khí nhiệt độ cao là chúng cũng có thể được sử dụng làm nguồn nhiệt sử dụng trong công nghiệp hay sưởi ấm cho khu vực. Trong giai đoạn thực nghiệm Lò phản ứng khí nhiệt độ cao cho thấy đây là nguồn năng lượng khử cacbon chính yếu vì nó vừa phát điện vừa thu được hydro xanh. Hơn nữa, Lò còn có khả năng hấp thụ biến động công suất – là nhược điểm cố hữu của năng lượng tái tạo như Điện mặt trời. Do đó, tỷ lệ phát nhiệt điện có thể được giảm bớt.
Mặc dù sản xuất điện hạt nhân thông thường rất thuận tiện, nhưng vẫn còn có những lo ngại về nguy cơ trong trường hợp xảy ra các tai nạn lớn, đây là một trong những nguyên nhân gây ra sự chậm trễ trong việc tái khởi động ở Nhật Bản. Trong hoàn cảnh đó, an toàn mang tính đột phá của Lò phản ứng khí nhiệt độ cao đã được kiểm chứng. Hy vọng rằng nhà nước sẽ tập trung nguồn lực để đẩy nhanh sự phát triển các lò phản ứng trong thực tế. Điều này cũng sẽ dẫn đến phát triển nguồn nhân lực trong lĩnh vực điện hạt nhân.
International Nuclear Energy Development of Japan (JINED)
