Thăm khu hầm mộ hạt nhân đầu tiên trên thế giới, nơi 6.500 tấn chất thải phóng xạ sẽ yên nghỉ trong 10 vạn năm

  •  
  • 752

Một ngày tháng 10 âm u xám xịt trên Olkiluoto, hòn đảo nằm mãi ngoài khơi phía Tây bờ biển của Phần Lan. Chiếc ô tô đi chầm chậm để trình diện qua một cánh cổng an ninh được bảo vệ cẩn mật.

Con đường dẫn vào đó rải đá dăm khiến lốp xe của nó kêu lên răng rắc. Nhưng rồi chiếc ô tô đột nhiên biến mất, chỉ còn tiếng lốp xe là vẫn còn văng vẳng vọng lại.

Nghe cứ giống như một cảnh trong phim của Marvel, nhưng chiếc xe không thực sự khoác lên nó một lớp vỏ tàng hình. Nó chỉ đang chui vào một đường hầm được ngụy trang và giấu kín dưới bóng rừng.

Ngay phía đầu của đường hầm đó, có một người đàn ông đang chờ sẵn. "Chào mừng đến với Onkalo", ông nói. Antti Mustonen là một nhà địa chất học đang làm việc ở đây, Onkalo trong tiếng Phần Lan có nghĩa là - "một cái hốc" hay "một cái hố".

Đường hầm này được xây dựng để chôn vùi vĩnh viễn những thanh nhiên liệu đã qua sử dụng, trong các lò phản ứng hạt nhân ở Phần Lan. Trên thực tế, chúng ta đang được chứng kiến khung cảnh của một hầm mộ dành cho vật liệu hạt nhân, một bãi xử lý chất thải phóng xạ vĩnh viễn đầu tiên trên thế giới.

Khu hầm mộ vĩnh viễn dành cho chất thải hạt nhân đầu tiên trên thế giới.

 Chiếc ô tô chui vào một đường hầm được giấu kín dưới bóng rừng ở Olkiluoto.
Chiếc ô tô chui vào một đường hầm được giấu kín dưới bóng rừng ở Olkiluoto. Nó đang đi xuống khu hầm mộ vĩnh viễn dành cho chất thải hạt nhân đầu tiên trên thế giới.

Chiếc xe đón Mustonen tiếp tục chuyến hành trình xuống phía sâu bên dưới, qua các lối rẽ được chỉ dẫn bằng đèn báo hiệu. Nó dừng lại ở một buồng rộng, nơi có các bức tường được gia cố bằng bê tông phun.

Đây chính là hầm mộ, hiện vẫn còn đang trống rỗng, nhưng chỉ vài năm nữa, những thanh nhiên liệu hết niên hạn đầu tiên sẽ được đưa tới đây để chôn vùi. Chúng sẽ được bọc trong những chiếc thùng bằng đồng khổng lồ, cao bằng chiều cao của một con hươu cao cổ.

Các thanh nhiên liệu sẽ được thả bằng cần cẩu từ trên xuống, sau đó sẽ được tiếp nhận bằng robot tự động. Sự hiện diện của con người ở đây là hãn hữu.

Những robot sau đó sẽ kéo thanh nhiên liệu vào một trong những hầm mộ như thế này. Ở dưới Onkalo có tới hàng chục đường hầm tiêu hủy chất thải phóng xạ đang được xây dựng giống như mô hình tổ kiến.

Onkalo có tới hàng chục đường hầm tiêu hủy chất thải phóng xạ đang được xây dựng
Onkalo có tới hàng chục đường hầm tiêu hủy chất thải phóng xạ đang được xây dựng giống như mô hình tổ kiến.

Trong một đường hầm đang được xây dựng, Mustonen giải thích qua về tiếng ồn ào của chiếc quạt thông gió, về mùi bụi đá vẫn còn trong không khí và mùi của thuốc nổ vẫn còn sót lại. Dưới chân ông là bùn và nước - thứ không được phép có trong những hầm mộ hạt nhân như thế này.

Nhưng Mustonen nói đó là do quá trình xây dựng chưa hoàn tất, bùn và nước sau đó sẽ phải được dọn sạch. Không những vậy, sau khi những chiếc hòm đồng được chôn xuống, mỗi boong-ke này sẽ chứa được từ 30-40 hòm, chúng sẽ được bọc thêm bentonit, một loại đất sét hút nước.

Cuối cùng, bê tông sẽ được đổ xuống để bịt kín tất cả lại. Hầm mộ sẽ được niêm phong trong ít nhất 100.000 năm, và mọi thứ sẽ được giữ yên như vậy, không bị xáo trộn ngay cả khi khí hậu có ấm lên hay kỷ băng hà tiếp theo có diễn ra trên bề mặt hành tinh.

"Ngay tại đây, trong nền đá gốc ổn định nhất của Phần Lan, sâu xuống 430 mét dưới lòng đất và 420 dưới mực nước biển. Đó sẽ là địa điểm thải loại tận cùng", Mustonen nói.

Địa điểm thải loại tận cùng.
Ngay tại đây, trong nền đá gốc ổn định nhất của Phần Lan, sâu xuống 430 mét dưới lòng đất và 420 dưới mực nước biển. Đó sẽ là địa điểm thải loại tận cùng.

Vấn đề với năng lượng hạt nhân

Phần Lan hiện đang là quốc gia đi tiên phong trong mục tiêu giảm phát thải carbon về 0, và họ đang vận động các quốc gia khác trong Liên minh Châu Âu (EU) cùng làm điều đó. Để làm gương, đất nước này đang đẩy mạnh sản xuất điện không phát thải, trong đó năng lượng hạt nhân rất được chú trọng.

Hai trong số bốn lò phản ứng hạt nhân của Phần Lan được đặt trên đảo Olkiluoto. Đến cuối năm nay, họ sẽ có thêm một nhà máy hòa lưới điện quốc gia và tăng tỷ lệ điện hạt nhân lên 40% sản lượng điện của toàn đất nước.

Tuy nhiên, mặc dù điện hạt nhân không phát thải, nó có một nhược điểm lớn nằm ở các thanh nhiên liệu uranium sau khi chúng hết hạn. Khi uranium được khai thác hết và lấy ra khỏi lõi lò phản ứng hạt nhân, chúng vẫn còn nóng và có tính phóng xạ cao.

Trước đây ở Phần Lan, các thanh nhiên liệu này sẽ được giữ trong các bể nước, nơi chúng mất hàng thập kỷ để giảm nhiệt độ và phóng xạ. Một số quốc gia khác nhúng các thanh nhiên liệu vào thùng "bảo quản khô" bằng bê tông và thép dày.

"Nhưng để như vậy không an toàn - thảm họa chắc chắn sẽ xảy ra trong nay mai", Budhi Sagar, một chuyên gia hạt nhân tại Viện Nghiên cứu Tây Nam, Hoa Kỳ cho biết. Các kho lưu trữ trên bề mặt đất dễ bị tai nạn, rò rỉ hoặc bị bỏ quên. Nếu lưu trữ chất thải hạt nhân ở đó thì vẫn rất nguy hiểm.

Sargar cho biết ngay lúc này nguồn nước ngầm ở Hanford, tiểu bang Washington đang bị ô nhiễm bởi các bể chứa chất thải trước đây của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) bị rò rỉ. Đây chính là những lò phản ứng plutonium đầu tiên của Hoa Kỳ phục vụ cho sản xuất vũ khí hạt nhân.

Các thanh nhiên liệu hết hạn được "bảo quản khô" bằng bê tông và thép dày.
Các thanh nhiên liệu hết hạn được "bảo quản khô" bằng bê tông và thép dày. Nhưng chúng vẫn có nguy cơ bị rò rỉ nếu còn xuất hiện trên mặt đất.

Như vậy càng chuyển đổi sang năng lượng sạch, chúng ta càng cần sử dụng nhiều năng lượng hạt nhân. Và càng sử dụng nhiều năng lượng hạt nhân, chất thải phóng xạ sẽ ngày càng chất đống. Nếu không có biện pháp xử lý lâu dài, chúng chính là những quả bom nổ chậm đối với chúng ta.

Vào năm 2019, các lò phản ứng hạt nhân của Phần Lan đã thải ra tổng cộng 2.300 tấn rác phóng xạ. Con số trên toàn thế giới là 263.000 tấn, theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA). Toàn bộ số nhiên liệu hết hạn này hiện đang nằm trong các cơ sở lưu trữ tạm thời trên toàn thế giới

Tom Isaacs, cố vấn chiến lược cho Tổ chức Quản lý Chất thải Hạt nhân của Canada (NWMO) và Nam California Edison, cho biết: "Theo quan điểm của tôi, đó là một thứ di sản không thể chấp nhận được, những thứ mà chúng ta đã để lại cho các thế hệ tương lai, sau khi đã tạo ra dòng điện này và hưởng hết lợi ích từ đó".

Xây dựng một hầm mộ

Khu hầm mộ hạt nhân Onkalo là dự án được vận hành bởi Posiva, một công ty chuyên xử lý chất thải hạt nhân ở Phần Lan. Họ đã có ý tưởng xây dựng nó từ đầu thập niên 1990. Khi đó, các chuyên gia ở Posiva đã đi khảo sát hàng chục địa điểm trong nhiều năm, cuối cùng chỉ để chọn ra khu vực thuộc đảo Olkiluoto vào năm 1999.

Đó là bởi các kết quả đo đạc địa chất cho thấy nền móng phía dưới khu vực này đã ổn định trong ít nhất 1 tỷ năm qua. Những trận động đất cuối cùng ở Olkiluoto đã diễn ra trong kỷ băng hà Pleistocen cách đây 10.000 đến 110.000 năm. Và các nhà địa chất học cho rằng khu vực này sẽ không phải hứng chịu thêm bất kỳ trận động đất nào nữa cho đến kỷ băng hà tiếp theo.

Nền móng phía dưới Onkalo đã ổn định trong ít nhất 1 tỷ năm qua.
Nền móng phía dưới Onkalo đã ổn định trong ít nhất 1 tỷ năm qua. Các nhà địa chất học cho biết khu vực này sẽ không phải hứng chịu thêm bất kỳ trận động đất nào cho đến tận kỷ băng hà tiếp theo.

Mustonen nói rằng Onkalo có một địa thế thuận lợi, bởi nó nằm ngay giữa hai vùng đứt gãy song song cách nhau khoảng 800 mét. Nếu một trận động đất xảy ra, nó sẽ xảy ra dọc theo những đường đứt gãy hiện có đó. "Chúng sẽ hấp thụ những chấn động và sẽ không có gì xảy ra ở đây, trong khu vực ở giữa cả", ông nói.

Nhưng động đất không phải là mối đe dọa lớn nhất và duy nhất với hầm mộ phóng xạ ở Onkalo. Sarah Hirschorn, giám đốc khoa học địa lý tại NWMO, cho biết nước mới là thứ mà họ lo lắng nhất.

"Cách duy nhất để phóng xạ bị rò rỉ ra khỏi hầm lưu trữ này và tác động đến con người là qua đường đi của nước", ông nói. Và đó là lý do tại sao họ đã chọn xây dựng Onkalo trên một địa điểm có cả đá kết tinh, đất sét và muối.

Lớp nền ở đã có tuổi đời gần 2 tỷ năm, chủ yếu là gneiss, một loại đá cứng được tôi luyện từ nhiệt độ và áp suất cao. Chúng có các lỗ rỗng nhỏ nhưng không liên kết với nhau và hầu như không thấm nước.

Tuy nhiên, vẫn còn một yếu tố phải tính đến: những tảng đá có thể có vết nứt. Posiva đã khảo sát và lập bản đồ các vết nứt này để tránh khoan vào chúng. Neil Chapman, một nhà địa chất học từng là nhà tư vấn độc lập cho Cơ quan An toàn Bức xạ và Hạt nhân Phần Lan (STUK) cho biết:

"Chính những vết nứt này sẽ kiểm soát sự di chuyển của nước. Nếu họ phát hiện ra bất kỳ vết nứt đáng kể nào gần một hố lưu trữ chất thải phóng xạ, hố đó sẽ ngay lập tức bị niêm phong, không sử dụng đến".

Nếu họ phát hiện ra bất kỳ vết nứt đáng kể, hố đó sẽ được niêm phong ngay lập tức.
Nếu họ phát hiện ra bất kỳ vết nứt đáng kể, hố đó sẽ được niêm phong ngay lập tức.

Posiva đã khảo sát và lập bản đồ các vết nứt để tránh khoan vào chúng. Nếu họ phát hiện ra bất kỳ vết nứt đáng kể nào gần một hố lưu trữ chất thải phóng xạ, hố đó sẽ ngay lập tức bị niêm phong, không sử dụng đến.

Kịch bản tiếp theo xảy ra là bằng một cách nào đó, nước vẫn có thể thấm vào kho chứa. Bây giờ, nó vẫn sẽ phải vượt qua được hai lớp bảo vệ nữa của bentonit và đồng, để tiếp cận thanh nhiên liệu phóng xạ.

Emily Stein, nhà nghiên cứu lĩnh vực xử lý địa chất sâu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia cho biết mọi chuyện giống như việc bạn không thể để tất cả trứng vào một giỏ. Phải luôn tính đến các trường hợp mà "một cơ chế bảo vệ sẽ thất bại, sau đó, bạn vẫn còn những rào cản khác để có thể giảm thiểu hoặc ngăn chặn chất thải phóng xạ bị rò rỉ".

Chôn vùi vĩnh cửu

Lại nói về các thanh nhiên liệu hạt nhân bị thải loại. Sau khi được đưa đến Onkalo, chúng sẽ được bọc lại trong một nhà máy đóng gói được xây dựng ngay phía trên khu hầm mộ. Trong một căn phòng bằng thép không gỉ được bọc ngoài bằng những bức tường bê tông dày 1,3 mét, sẽ chỉ có những robot làm nhiệm vụ hút cạn nước còn lại trong nhiên liệu.

Sau đó, các robot sẽ niêm phong chúng lại trong một hộp gang, lồng thêm vào phía bên trong một ống đồng. Argon sẽ được bơm vào giữa hai lớp vật liệu để tạo ra một bầu không khí trơ và cuối cùng lại là một lớp thùng đồng nữa được hàn lại phía bên ngoài.

Các thanh nhiên liệu hạt nhân thải loại được bọc đồng trước khi chôn xuống lòng đất.
Các thanh nhiên liệu hạt nhân thải loại được bọc đồng trước khi chôn xuống lòng đất.

Đồng được lựa chọn bởi kim loại này bị ăn mòn rất chậm. Các nhà khoa học ở Onkalo tính toán, vào thời điểm mà giọt nước ngầm đầu tiên thấm từ mặt đất xuống được tới độ sâu của các boong-ke ở đây, phản ứng hóa học hoặc vi sinh vật trên đường đi sẽ kịp tiêu thụ hết oxy hòa tan trong nước, khiến nước trở nên trơ và ít phản ứng hơn.

Nhưng Peter Szakálos, một nhà hóa học tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Stockholm, vẫn có những lo ngại. Trong một nghiên cứu năm 2007, ông và các đồng nghiệp đã phát hiện ra các dấu hiệu cho thấy đồng có thể bị ăn mòn ngay cả trong môi trường nước tinh khiết, không có oxy.

Khi kim loại tiếp xúc với nước, Szakálos và các đồng nghiệp của ông nhận thấy nó giải phóng một luồng khí hydro. Ông nghi ngờ nước vẫn có thể phản ứng với đồng để tạo thành một tinh thể oxit cùng với hydro tự do được giải phóng hoặc hấp thụ vào chính kim loại.

Szakálos cho biết khi hydro bị hấp thụ, nó sẽ làm cho đồng giòn và dễ bị nứt. Và với độ sâu của Onkalo và độ dày của lớp đồng họ đang sử dụng, ông dự đoán phóng xạ có thể bị rò rỉ khi lớp đồng bị phá hủy trong khoảng vài thập kỷ cho đến vài thế kỷ. "Tất cả chỉ là vấn đề thời gian", Szakálos nói.

Tuy nhiên, về phía mình, Posiva và một đối tác của họ là SKB, một công ty quản lý chất thải hạt nhân của Thụy Điển, không tin vào kịch bản đó. Họ khẳng định các điều kiện thử nghiệm của Szakálos không phù hợp với địa chất ở Onkalo.

Mặc dù vậy, SKB đã ký hợp đồng với Đại học Uppsala và Đại học Toronto để cố gắng tái tạo những phát hiện và nguy cơ mà Szakálos cảnh báo. Các cuộc thử nghiệm của Đại học Uppsala sau đó không tìm thấy bất kỳ bằng chứng nào về phản ứng của đồng trong nước tinh khiết. Trong khi nhóm ở Đại học Toronto có quan sát thấy một phản ứng, nhưng nó cũng xảy ra cực kỳ chậm.

Bên dưới một hố chôn các hòm đồng ở Onkalo, chúng còn được nhồi thêm một lớp đất sét bentonit
Bên dưới một hố chôn các hòm đồng ở Onkalo, chúng còn được nhồi thêm một lớp đất sét bentonit chống thấm nước.

Ngoài ra, phía bên ngoài các thùng đồng bao lấy thanh nhiên liệu còn một lớp bentonit nữa. Chúng sẽ ngăn nước và ngăn cả sự rò rỉ của chất thải phóng xạ. Bentonit là một loại đất sét khoáng không chỉ chống thấm mà còn ngăn chặn được vi khuẩn xâm nhập vào bề mặt ống đồng.

Karsten Pedersen, Giám đốc điều hành của Microiotics Analytics, một công ty Thụy Điển chuyên nghiên cứu sự ảnh hưởng của vi khuẩn tới các kho chứa sâu cho biết vi khuẩn có thể chuyển hóa sulfat trong nước ngầm và biến chúng thành sulfua, một chất có thể ăn mòn đồng từ từ.

Posiva thừa nhận khả năng đó, nhưng các tính toán của công ty cho thấy rằng ngay cả trong nồng độ sunfua cao, các hộp đồng của họ vẫn sẽ có tuổi thọ hơn 100.000 năm. Và ngay cả khi toàn bộ các lớp bảo vệ tại Onkalo thất thủ, phóng xạ trong các thanh nhiên liệu ở đây vẫn phải đối mặt với một trở ngại cuối cùng: độ sâu.

Chúng sẽ mất nhiều thập kỷ để có thể di chuyển lên bề mặt đất, với nồng độ phóng xạ giảm liên tục theo độ cao của tầng địa chất. Các đánh giá tổng thể dự án Onkalo đã vẽ ra những kịch bản xấu nhất có thể xảy ra, và ngay cả khi đó, tác động của phóng xạ rò rỉ cũng rất thấp.

Đối với những người sống gần khu vực hầm mộ này và uống nước bị nhiễm xạ từ giếng đào, mức phơi nhiễm hàng năm của họ vẫn chỉ tương đương với nền bức xạ mà một người ở Phần Lan ngày nay đang phải hứng chịu.

 Onkalo đang được gấp rút hoàn thiện để đón những thanh nhiên liệu hạt nhân "nghỉ hưu" đầu tiên
Onkalo đang được gấp rút hoàn thiện để đón những thanh nhiên liệu hạt nhân "nghỉ hưu" đầu tiên vào năm 2024.

Những kịch bản, tính toán và con số đang đứng về phía Posiva và đội ngũ dự án của họ tại Onkalo. Vào tháng 12 năm ngoái, họ đã xin được giấy phép từ chính phủ Phần Lan để chính thức khai trương khu hầm chôn chất thải phóng xạ của mình vào năm 2024.

Sau đó, quá trình xây dựng thêm các boong-ke mới sẽ được tiến hành song song với quá trình tập kết và chuyển chất thải hạt nhân đến đây. Dự kiến toàn bộ các kho của Onkalo sẽ được lấp đầy vào năm 2120.

Khi đó, Posivia sẽ đổ một lớp bê tông dày để đóng cửa khu vực hầm mộ này vĩnh viễn. Toàn bộ các hệ thống nhà máy phụ trợ và kiến trúc phía trên Onkalo sẽ được phá bỏ. Mặt bằng của khu vực sẽ được đưa trở lại nguyên trạng, thậm chí không có một biển cảnh báo hay chỉ dẫn nào được đặt ở đó.

Nhưng phía sâu bên dưới lòng đất, 6.500 tấn chất thải phóng xạ đang yên nghỉ trong các hầm mộ của chúng vẫn âm ỉ cháy suốt ngày đêm để từ từ phân rã.

Onkalo là một công trình thể hiện trách nhiệm của thế hệ chúng ta với các thế hệ tương lai, Mustonen nói. "Chỉ có tinh thần trách nhiệm với các thế hệ sau này mới khiến tôi thức trắng đêm để làm việc ở đây. Tất cả là vì hai chữ trách nhiệm".

Cập nhật: 26/05/2022 Trí Thức Trẻ
  • 752

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook