Các nhà khoa học Trung Quốc đã ghi dấu ấn vào lịch sử với một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân. Cụ thể, họ vừa thực hiện thành công việc nạp nhiên liệu mới cho lò phản ứng muối nóng chảy Thorium, trong lúc lò vẫn đang vận hành để phát điện.

Đây là bước cuối cùng để hoàn thành toàn bộ chu kỳ vận hành của một lò phản ứng hạt nhân, chứng minh sự ổn định, an toàn cũng như hiệu quả của nó.

Trước đó từ tháng 6 năm ngoái, lò phản ứng Thorium đặt tại sa mạc Gobi phía Tây Bắc Trung Quốc đã được cho hoạt động hết công suất.

Nạp lại được nhiên liệu là bước cuối cùng khẳng định Trung Quốc đã thành công với công nghệ hạt nhân thế hệ mới này, được cho là sẽ an toàn, hiệu quả và bền vững hơn so với các lò phản ứng Uranium.

Thông tin về cột mốc mới của Trung Quốc thực ra đã bị rò rỉ cách đây 2 tuần, vào ngày 8 tháng 4, khi Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) thực hiện một cuộc họp kín.

Với sự tham gia của giáo sư Xu Hongjie đến từ Viện Vật lý ứng dụng Thượng Hải, cuộc họp này được cho là để báo cáo tiến độ thử nghiệm lò phản ứng hạt nhân Thorium ở sa mạc Gobi.

“Kính thưa các đồng chí, chúng ta hiện đang đi tiên phong trong lĩnh vực này trên mặt trận toàn cầu”, tờ Guangming Daily thuật lại bài phát biểu của Hongjie, kỹ sư trưởng, tổng công trình sư của đại dự án này.

Cũng theo Guangming Daily, lò phản ứng hạt nhân Thorium đặt tại sa mạc Gobi có công suất 2 megawatt, sử dụng muối nóng chảy để truyền tải nhiên liệu và quản lý nhiệt độ, trong khi Thorium đóng vai trò là nguồn nhiên liệu phóng xạ chính.

Các nhà khoa học trên khắp thế giới từ lâu đã xem lò phản ứng Thorium là bước tiến lớn tiếp theo trong công nghệ năng lượng. Đó là bởi với các thế hệ lò phản ứng hạt nhân hiện tại đang sử dụng Uranium, Thorium tỏ ra là nguồn nhiên liệu an toàn và bền vững hơn.

Thứ nhất, Thorium có trữ lượng dồi dào hơn trong vỏ Trái Đất và tạo ra ít chất thải phóng xạ hơn. Thứ hai, khi kết hợp với công nghệ muối nóng chảy, lò phản ứng Thorium hoạt động ở áp suất khí quyển và tự động ngăn chặn tình trạng quá nhiệt, nâng cao độ an toàn tổng thể.

Một lợi thế nữa của lò Thorium là nhiên liệu của nó có thể bị đóng băng. Khi một bình chứa hoặc đường ống của nó bị vỡ, nhiên liệu Thorium sẽ phân tán dẫn đến hiệu ứng tăng cường làm mát cho đến khi nó đạt tới cấu hình đóng băng và tự giới hạn vị trí.

Về cơ bản, điều này giống như một dòng dung nham lăn chầm chậm xuống một ngọn núi, trong khi gió thổi để làm nó đông lại thành đá và trở nên vô hại với những người ở chân núi.

Hiệu ứng này khác hẳn so với việc các lõi lò phản ứng hạt nhân Uranium bị tan chảy như ở Chernobyl, suýt chút nữa đã tạo ra một vụ nổ hơi nước có thể làm phân tán chất phóng xạ trên phạm vi toàn cầu.

Ngoài ra, còn một ưu điểm nữa của Thorium là các phụ phẩm của nó cũng ít có khả năng được sử dụng để chế tạo vũ khí. Điều này được Hiệp hội Hạt nhân Thế giới khuyến khích, vì một số nước có thể phát triển lò phản ứng Uranium cho mục tiêu phát điện, nhưng thực tế chỉ là vỏ bọc cho một chương trình nghiên cứu song song nhằm phát triển vũ khí hạt nhân.

Và nhìn theo một cách nào đó, đây chính là nút thắt của vấn đề.

Công nghệ lò phản ứng hạt nhân Thorium thực ra không hề mới. Chúng đã từng được nghiên cứu ở Mỹ từ hơn 80 năm trước.

Vào khoảng cuối thập niên 1940 đầu 1950, nước Mỹ đã chi gần 1 tỷ USD vào việc phát triển máy bay ném bom tàng hình chạy bằng năng lượng hạt nhân. Và công nghệ họ chọn chính là Thorium.

Tuy nhiên đến năm 1961, chính quốc hội Mỹ đã dừng dự án nghiên cứu nhiên liệu Thorium lại, để chuyển sang Uranium, một phần không nhỏ là vì tiềm năng quân sự hóa loại nhiên liệu phóng xạ này.

“Hoa Kỳ đã công khai các nghiên cứu của mình, như thể chờ đợi một người kế nhiệm xứng đáng”, giáo sư Hongjie nói. “Và chúng tôi chính là người kế nhiệm đó”.

Ngay sau khi Mỹ giải mật các tài liệu liên quan đến dự án lò phản ứng Thorium vào thập niên 1960, các nhà khoa học tại Viện Vật lý Ứng dụng Thượng Hải, trong đó có giáo sư Hongjie đã lao vào nghiên cứu chúng.

Họ đã từng bước lặp lại các thí nghiệm cũ mà người Mỹ từng làm, đồng thời cải tiến dần để nâng cấp công nghệ cũ của người Mỹ lên một tầm cao mới.

“Chúng tôi đã làm chủ mọi kỹ thuật trong tài liệu của họ, không những vậy còn tiến xa hơn”, giáo sư Hongjie khẳng định.

Dự án này cuối cùng đã phát triển nhanh chóng dẫn đến một cột mốc vào năm 2018, các nhà khoa học Trung Quốc đã tự tin họ có thể xây dựng một lò phản ứng hạt nhân Thorium.

Đội ngũ kỹ sư nghiên cứu ngay lập tức tăng từ vài chục lên hơn 400 người. Nhiều thành viên đã hy sinh thời gian nghỉ ngơi, gắn bó với công trường gần như cả năm.

Sau 5 năm, nhà máy điện hạt nhân ở sa mạc Gobi đã hình thành. Lò phản ứng của nó đã đạt được trạng thái tới hạn vào tháng 10 năm 2023, và vận hành toàn công suất vào tháng 6 năm 2024.

Bây giờ, chỉ 4 tháng sau đó, Trung Quốc đã thành công trong việc nạp lại Thorium trong khi lò vẫn hoạt động, hoàn tất chu kỳ vận hành ổn định của nó.

Hiện tại, Trung Quốc cũng đang xây dựng một lò phản ứng muối nóng chảy Thorium lớn hơn, dự kiến đạt trạng thái tới hạn vào năm 2030, cho công suất 10 megawatt điện.

Một số nhà khoa học ước tính rằng chỉ riêng một mỏ Thorium giàu trữ lượng ở vùng Nội Mông nước này đã có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của Trung Quốc trong 60.000 năm, với lượng chất thải phóng xạ thấp hơn đáng kể so với các lò phản ứng Uranium hiện nay.

Chia sẻ về thành công này, giáo sư Hongjie cho biết nhóm của ông đã chọn con đường khó khăn nhưng đúng đắn. Đó là việc tập trung vào giải pháp thực tiễn, thay vì chỉ theo đuổi nghiên cứu để công bố để lấy thành tựu về mặt học thuật.

“Chúng tôi đã chọn con đường gian nan nhất, nhưng đó là con đường đúng đắn”, ông nói. Và khi được hỏi về cuộc đua công nghệ giữa hai cường quốc là Mỹ và Trung Quốc hiện tại, giáo sư Hongjie đã so sánh nó với cuộc đua giữa Rùa và Thỏ, một câu chuyện ngụ ngôn với bài học quen thuộc:

“Thỏ đôi khi mắc sai lầm hoặc trở nên lười biếng. Đó là lúc Rùa nắm bắt cơ hội”, ông nói.