Nguyên liệu thorium: Năng lượng hạt nhân siêu an toàn của tương lai

Thorium ngày càng nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới, cũng như Liên Hợp Quốc, trong việc nghiên cứu một dạng năng lượng hạt nhân mới đem lại hiệu suất cao hơn, nhưng vẫn đảm bảo an toàn so với uranium truyền thống.

Nguyên tố thorium được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1828 bởi một nhà khoa học người Na Uy. Tên gọi thorium được đặt theo tên của một vị thần trong thần thoại Bắc Âu.

Trên Trái Đất, thorium được đánh giá là một khoáng chất có trữ lượng dồi dào, được tìm thấy trong cát và đá. Xét về số lượng thorium còn là nguyên tố phổ biến nhiều hơn hẳn so với thiếc, thủy ngân hay bạc.

Theo thống kế của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) vào năm 2010, Ấn Độ trở thành quốc gia sở hữu thorium nhiều nhất trên thế giới trong khi Mỹ là quốc gia xếp thứ hai với trữ lượng khoảng 770.000 tấn.

Trong bối cảnh trữ lượng uranium trên thế giới ngày càng cạn kiệt đi, thorium trở thành nguyên tố thứ hai có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng hạt nhân trong tương lai.

Nhà vật lý từng đoạt giải Nobel năm 1984, Carlo Rubbia từng cho rằng 1 tấn thorium có thể tạo ra năng lượng tương đương với 200 tấn uranium. Lò phản ứng hạt nhân sử dụng thorium an toàn hơn nhiều so với uranium do thorium không thể tự phân rã mà không có chất xúc tác.

Thí nghiệm lò phản ứng thorium ở Na Uy

Năng lượng của tương lai...

Trong nhiều năm, nhiều quốc gia như Canada, Trung Quốc, Đức, Anh, Mỹ, Ấn Độ và Hà Lan từng thử nghiệm thorium như một sự thay thế hoàn hảo trong lò phản ứng hạt nhân uranium.

Tháng 7 vừa qua, lò phản ứng hạt nhân đầu tiên sử dụng thorium đã được đưa vào thử nghiệm ở thị trấn Halden, Na Uy. Các nhà khoa học tại cơ sở nghiên cứu ở Na Uy đã sử dụng thorium được oxy hóa trộn lẫn với 10% plutonium oxy hóa. Hỗn hợp này sau đó được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân và đã tạo nên một số kết quả tích cực. Quan trọng hơn, việc sử dụng thorium sẽ giúp giảm bớt lượng plutonium vốn được hình thành sau quá trình phản ứng hạt nhân bởi uranium.

Giám đốc điều hành dự án năng lượng Thor, Oystein Asphjell, cho rằng lượng thorium dồi dào trên thế giới sẽ mở ra một hướng đi mới trong việc phát triển năng lượng hạt nhân của tương lai. Thorium có nhiệt độ nóng chảy ra và khả năng dẫn nhiệt cao hơn uranium, tạo điều kiện để con người chế tạo những lò phản ứng hạt nhân an toàn hơn.

Các nhà khoa học tin rằng lò phản ứng hạt nhân sử dụng thorium sẽ góp phần bảo vệ môi trường Trái đất do chất thải trong quá trình phân rã thorium sẽ chỉ tồn tại trong khoảng 400-500 năm. Nếu có sự cố về hệ thống điện như trong thảm họa hạt nhân Fukushima, quá trình phân rã thorium sẽ chậm dần do không còn được cung cấp chất xúc tác cần thiết. Khi đó sẽ không có sự cố rò rỉ phóng xạ nào cả.

Ông Hans Blix, thanh sát viên của Liên Hợp Quốc và từng là Bộ trưởng Ngoại giao Thụy Điển mới đây đã đưa ra tuyên bố cho rằng các nhà khoa học trên thế giới cần tập trung vào việc đưa thorium trở thành nguồn năng lượng hạt nhân của tương lai.

Hình ảnh về các thanh thorium trong lò phản ứng thử nghiệm

...Nhưng không được ủng hộ rộng rãi

Thorium có những lợi ích nhất định trong việc trở thành nguồn năng lượng hạt nhân thay thế uranium. Tuy nhiên mục tiêu phát triển năng lượng trên thế giới ngày nay đang tập trung theo hướng thân thiện với môi trường, chi phí thấp đi. Tiến sĩ Nils Bohmer, một nhà vật lý hạt nhân làm việc cho tổ chức môi trường ở Na Uy cho rằng việc tập trung phát triển thorium trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử sẽ tiêu tốn không ít tiền của và thời gian của các nhà khoa học.

Một số nhà khoa học ủng hộ dự án cho rằng thorium không được đầu tư, nghiên cứu trong quá khứ, do bản chất thorium không thể được sử dụng để chế tạo bom nguyên tử như uranium. Trong khi nhiều quốc gia trên thế giới đã bỏ ra hàng tỷ USD để làm chủ công nghệ làm giàu uranium, thorium trở nên quá an toàn để có thể được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân. Ngày nay uranium vẫn sẽ chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân do được hỗ trợ mạnh mẽ từ các nhóm lợi ích.

Thorium với những tính chất an toàn và khả năng mang lại hiệu suất cao hơn hẳn uranium hứa hẹn sẽ là nguồn năng lượng hạt nhân chủ yếu trong tương lai. Tuy nhiên việc nghiên cứu và ứng dụng thorium trên thực tế chỉ mới bắt đầu. Nguồn năng lượng hạt nhân của tương lai sẽ khó có thể thay thế hoàn toàn uranium trong vòng 20 năm tới.