Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt: Dùng Uranium độ giàu thấp

3.631

Ngày 15/9, Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt chính thức chuyển sang dùng nhiên liệu uranium "giàu thấp", khẳng định mục tiêu ứng dụng năng lượng nguyên tử vì hoà bình của Việt Nam. Đây còn là một hợp tác thành công "tay ba": Việt-Mỹ-Nga.

Một sự kiện đặc biệt vừa diễn ra ở Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt: chở thanh nhiên liệu uranium mới đến và mang thanh nhiên liệu chưa sử dụng về. Điều này có ý nghĩa gì về mặt công nghệ khiến dư luận quốc tế chú ý, và có ý nghĩa gì với cả đời sống chính trị thế giới, để ba nước từ ba phương trái đất như Việt Nam, Hoa Kỳ và Nga đồng thuận bắt tay nhau?

Chuyển đổi uranium: “rượu” cũ trở về “bình” cũ

Trước bàn điều khiển Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (Ảnh: VARANSAC)

Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, được Hoa Kỳ xây dựng và đưa vào hoạt động năm 1963. Sau 20 năm chìm nổi vì chiến tranh, năm 1983 lại hồi sinh với sự đầu tư của chính phủ Việt Nam, sự hỗ trợ của nước Nga (Liên xô cũ) về công nghệ và sự giúp đỡ của Tổ chức Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA. Từ bấy đến nay, hơn 20 năm, các nhà khoa học hạt nhân Việt Nam đã vận hành an toàn và khai thác thành công thiết bị hạt nhân này vào những mục tiêu hòa bình trong đời sống và công cuộc xây dựng đất nước.

Hơn 20 năm qua, bao nhiêu lần thay đổi thanh nhiên liệu uranium trên lò Đà lạt, bao nhiêu lần đảo các thanh nhiên liệu từ vùng ngoài vào vùng trong tâm lò, thay những thanh cháy hết bằng những thanh mới. Nhưng tất cả đều là loại nhiên liệu của thế hệ các lò phản ứng của Liên xô cũ, cùng có một độ giàu urani.

Và bây giờ, sự chuyển đổi thanh nhiên liệu tiến hành ở lò Đà Lạt mang tính chất khác, khác về độ giàu, về chất uranium của nhiên liệu…

Ngược với khái niệm uranium nghèo gần đây được nói nhiều trên báo chí, uran giàu là loại nhiên liệu được sử dùng trong phần lớn các lò phản ứng hạt nhân, trong đó có lò Đà Lạt. Tuy nhiên, Uranium giàu còn được chia thành hai loại: Uranium độ giàu thấp và uranium độ giàu cao.

Loại nhiên liệu urani, sản xuất ở Nga, được dùng từ thập niên 1980 cho đến những ngày gần đây tại lò Đà Lạt chứa hàm lượng U235 là 36%, được gọi là uranium độ giàu cao (High-enriched uranium - HEU). Còn loại nhiên liệu vừa chở đến Đà Lạt, được đưa vào lò và đổi chỗ cho một số thanh cũ đã qua sử dụng, chứa hàm lượng U235 gần 20%, được gọi là uranium độ giàu thấp (Low-enriched uranium - LEU).

Nhìn lại chặng đường lịch sử hơn 40 năm qua của lò phản ứng hạt nhân đầu tiên Việt Nam, có thể thấy một điều thú vị. Các thanh nhiên liệu ban đầu của lò Đà Lạt cũng là loại nhiên liệu uranium có "độ giàu thấp" (LEU) với độ giàu khoảng 18% chở từ Mỹ sang, đưa vào tâm lò từ 1963 và đến 1975 thì Mỹ tháo mang về nước. Lò phản ứng, dĩ nhiên, là loại lò TRIGA-Mark 2 của Hoa Kỳ.

Sau hơn 30 năm, giờ đây, loại nhiên liệu LEU lại được đặt vào lò này, thay thế dần các thanh nhiên liệu HEU đang hoạt động. Phải chăng, đó là một cuộc chuyển vần, cuối cùng “rượu” cũ lại trở về “bình” cũ.

"Bắt tay" không phổ biến vũ khí hạt nhân

Trên thế giới hiện có những 160 lò phản ứng nghiên cứu như lò Đà Lạt. Nhiều nhất là Nga (62 lò), tiếp theo là Hoa Kỳ (54), Nhật (18), Pháp (15), Đức (14) và Trung Hoa (13). Nhiều nước nhỏ hoặc đang phát triển cũng có, như: Bangladesh, Algeria, Colombia, Ghana, Jamaica, Libya, Thái Lan và Việt Nam.

Lò nghiên cứu phản ứng hạt nhân Đà Lạt (Ảnh: Viện Nghiên cứu Hạt nhân)

Độ giàu nhiên liệu của các lò nghiên cứu nói trên cũng rất đa dạng. Nhiều lò có độ giàu U235 đến 80-90%, chỉ một số ít là dùng nhiên liệu LEU với độ giàu 20%.

Các nhiên liệu có độ giàu cao (HEU), về mặt lý thuyết, có thể có nguy cơ lớn được khai thác để chế biến thành nhiên liệu cho vũ khí nguyên tử. Nhiều nước, trước hết là Hoa Kỳ, nhiều năm nay đã tỏ ra rất quan ngại điều này.

Từ những năm 80 của thế kỷ trước, một dự án quốc tế được Liên Hiệp Quốc bảo trợ đã đề xuất việc giảm độ giàu nhiên liệu uranium trong các lò phản ứng nghiên cứu xuống hàm lượng dưới 20%. Và công việc chuyển đổi này được tiến hành trong khuôn khổ các chương trình RERTR (Chương trình hạ thấp độ giàu nhiên liệu hạt nhân cho các lò phản ứng nghiên cứu và lò phản ứng thử nghiệm) của hai nước Nga và Mỹ.

Dù công suất của Lò Đà Lạt (500 kilowat), thấp dưới 1000 kilowat, nhưng cũng là đối tượng được quan tâm chuyển đổi trong xu hướng chung mà nhiều nước đã và đang thực hiện.

Tháng ba năm nay, 2007, Cơ quan An ninh Hạt nhân Quốc gia (NNSA) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã ký một văn bản thỏa thuận với Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (VAEC) thuộc Bộ Khoa học Công nghệ Việt Nam ở thủ đô Washington, theo đó lò phản ứng Đà Lạt của Việt Nam sẽ được chuyển đổi từ sử dụng nhiên liệu uranium làm giàu ở mức cao 36% (HEU) sang nhiên liệu uranium làm giàu ở mức thấp dưới 20% (LEU).

Mặt khác, giữa Công ty JSC TVEL (Liên bang Nga), Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam và Trung tâm dịch vụ (thuộc NNSA , Bộ Năng lượng Hoa Kỳ) đã ký hợp đồng về chế tạo và cung cấp nhiên liệu có độ giàu uranium thấp cho Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Như vậy, nhiên liệu LEU mới cung cấp cho Lò Đà Lạt không phải sản xuất ở Hoa Kỳ, mà do Hoa Kỳ đặt hàng cho Công ty TVEL của Nga tại Novosibirsk chế tạo. Chính công ty này cũng đã cung cấp nhiên liệu LEU cho lò phản ứng VR-1 của CH Séc tại Praha và lò phản ứng tại Trung tâm nghiên cứu hạt nhân Tajoura của Libya mới đây.

Đồng thời, cũng đã ký hợp đồng giữa Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA, Công ty nghiên cứu & phát triển "SOSNY" (Liên bang Nga) và Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam về việc đưa các thanh nhiên liệu có độ giàu uranium cao chưa sử dụng tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt do Nga cung cấp trước đây trở về Liên bang Nga.

Các hợp đồng này là bước hoàn tất các cam kết nêu trong Tuyên bố chung Việt Nam-Hoa Kỳ được công bố trong chuyến thăm của Tổng thống Bush đến Việt Nam hồi tháng 11/2006.

Với sự chuẩn bị chu đáo và chặt chẽ nói trên, cuối cùng, quá trình nhận các thanh nhiên liệu LEU mới, đồng thời giao các thanh nhiên liệu HEU chưa sử dụng để chuyển lại nước Nga đã thực hiện suôn sẻ ở Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, trong tuần giữa tháng 9/2007. Đây là một thời điểm đáng ghi nhớ không chỉ trong lịch sử của một lò phản ứng mà cả trong mối quan hệ giữa ba nước có những mối quan hệ đặc biệt trong lịch sử chính trị thế giới.

Với sự kiện nói trên, Việt Nam lại khẳng định mục tiêu sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình của mình, thực hiện trong hành động cam kết quốc tế không phổ biến vũ khí hạt nhân, cộng tác chặt chẽ với Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA và đã hợp tác với các cường quốc hạt nhân Nga và Mỹ trong cái bắt tay mang ý nghĩa thời đại.

Uranium độ giàu thấp, độ giàu cao

Kim loại uranium lại gồm hai thành phần đồng vị chủ yếu, U-238 và U-235. Trong đó, U-238 chiếm hàm lượng áp đảo với 99,3%. Còn đồng vị U-235 quá ư nghèo, chỉ chiếm 0,7% (tức 3 phần ngàn). U-235 hiếm và quý vì chỉ với U-235 mới xảy ra phản ứng phân hạch.

Trong phản ứng phân hạch, dưới tác dụng của nơtron, hạt nhân U -235 bị phân ra hai mảnh, toả ra một năng lượng lớn 200 MeV (200 triệu điện tử-vôn), đồng thời giải phóng 2-3 nơtron mới. Chính các nơtron này đã tạo nên phản ứng dây chuyền rất cần thiết để duy trì hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân hoặc tạo nên sự nổ của bom hạt nhân. Vì vậy, phương pháp nâng cao hàm lượng U235 trong vật liệu urani, gọi là phương pháp (hay kỹ thuật) làm giàu urani, đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ hạt nhân. Đó là các phương pháp ly tâm, khuyếch tán khí…, có thể nâng cao hàm lượng U235 từ 0,72% (trong tự nhiên) lên đến 40% (dùng trong lò phản ứng), hoặc cao hơn 90% (dùng trong bom nguyên tử).

Chính các sản phẩm uranium được tinh chế này gọi là uran giàu. Như vậy, tùy theo mức hàm lượng đồng vị U235, người ta phân loại thành: uran nghèo (hàm lượng U235 bé hơn 0,72%), uran tự nhiên (hàm lượng U235 cỡ 0,72%) và uran giàu (hàm lượng U235 lớn hơn 0,72%, từ vài % đến trên 90%). Trong loại uranium giàu, còn chia ra: giàu thấp (Low-enriched uranium - LEU) và giàu cao (High-enriched uranium HEU).