Công nghệ Lò phản ứng hạt nhân

Ngành điện hạt nhân (ĐHN) cho tới nay đã có lịch sử hơn 50 năm hình thành và phát triển. Tính đến tháng 5/2008, trên thế giới có 439 lò phản ứng hạt nhân năng lượng đang được vận hành tại 31 nước và lãnh thổ, chiếm khoảng 16% sản lượng điện toàn thế giới.

Các loại lò phổ biến trên thế giới

Ngày nay, công nghệ lò phản ứng hạt nhân phát triển rất phong phú và đa dạng. Hiện có trên 10 loại lò đang được sử dụng, nghiên cứu phát triển.

Lò nước nhe: (bao gồm cả lò nước sôi - BWR và lò nước áp lực - PWR): Đóng vai trò chủ đạo, chiếm tỷ trọng lớn tại nhiều nước có ĐHN. Đây là công nghệ không những đã được phát triển, hoàn thiện và thương mại hóa rộng rãi trên thế giới mà còn là công nghệ tiềm năng cho những cải tiến mạnh mẽ trong tương lai gần. Các lò nước nhẹ công suất lớn đang được nâng cấp thành các lò cải tiến với công suất lớn hơn.

Lò nước nặng: Bắt đầu phát triển từ Canada, cho đến nay công nghệ lò này cũng được áp dụng tại nhiều nước, đặc biệt một số nước bắt đầu phát triển công nghệ hạt nhân từ kiểu nước nặng như Trung Quốc, Ấn Độ chú trọng phát triển lò nước nặng và đã tự chủ trong công nghệ này. Gần đây nhất, Rumani đã nhập công nghệ này và xây dựng hai tổ máy. Lò nước nặng có chu trình nhiên liệu linh hoạt, có thể sử dụng urani tự nhiên, urani có độ giàu thấp hoàn nguyên từ tái chế nhiên liệu đã cháy của PWR, nhiên liệu oxide hỗn hợp, thorium.

Lò khí nhiệt độ cao: Được phát triển ở Mỹ, Anh và Tây Đức, lò này sử dụng Graphit làm chậm nơtron, heli làm chất tải nhiệt và nhiên liệu là viên urani-thorium có độ giàu cao được bao bọc bởi graphit. Tuy nhiên, công nghệ lò khí hiện nay dường như chững lại. Các hướng nghiên cứu phát triển tập trung vào lò khí nhiệt độ cao, lò tầng cuội kiểu nhiên liệu viên tròn với vỏ bọc Graphite. Một khả năng lớn cho việc ứng dụng lò khí là dùng để sản xuất Hydro cho pin nhiên liệu.

Lò nơron nhanh: Sử dụng urani hoặc plutoni có độ giàu cao làm nhiên liệu, vùng hoạt được bao bọc xung quanh bởi urani tự nhiên và kim loại lỏng được dùng làm chất tải nhiệt. Tổ máy dùng lò nơtron nhanh có 3 vòng tuần hoàn, vòng 1 qua vùng hoạt, vòng 2 qua trung gian và vòng 3 là vòng của chất sinh công, qua tuốc bin.

Hệ lò dùng máy gia tốc: Một phát triển gần đây là kết hợp công nghệ lò phân hạch và máy gia tốc để phát điện và chuyển hóa các đồng vị sống lâu trong chất thải phóng xạ. Chùm proton năng lượng cao đập vào bia kim loại nặng làm sản sinh nơtron.

Xu hướng phát triển công nghệ ĐHN

Sự phát triển các lò năng lượng thương mại ngày nay hướng tới sự hoàn thiện các hệ thống an toàn. Trong những năm vừa qua, sự phát triển cũng hướng tới việc cải tiến công tác bảo trì và tăng độ tin cậy của hệ thống thiết bị bằng việc giảm bớt các thiết bị phức tạp, một trong những hướng đó là áp dụng các hệ thống an toàn thụ động. Một mặt khác, để cải thiện kinh tế thì công suất của một tổ máy ngày càng được tăng lên. Các nước hướng tới phát triển tổ máy với gam công suất lớn hiện nay ở mức 1600 Mwe.

Các cách tiếp cận, giải pháp cho phát triển ĐHN hiện nay đều hướng tới việc giảm giá thành đầu tư, tăng tính cạnh tranh và nâng cao độ an toàn, như: Tiêu chuẩn hóa thiết kế cho mỗi loại để rút ngắn quá trình cấp phép, giảm chi phí đầu tư và thời gian xây dựng, thiết kế đơn giản hơn và vững chắc hơn làm chúng dễ vận hành và ổn định trong hệ thống có nhiều dao động…

Theo Science