Chất phóng xạ “hiền lành”

Bản in

Chất phóng xạ nào cũng độc nhưng trong tiến trình hướng tới một nhà máy điện hạt nhân an toàn, người ta quan tâm đến chất phóng xạ thorium, được coi là “hiền lành” hơn.                  

Năng lượng hạt nhân từ thorium rẻ

Thorium có rất nhiều trong vỏ trái đất. Trữ lượng nhiều gấp 3 - 4 lần uranium, dễ kiếm không khác gì kim loại chì. Với tốc độ phát triển năng lượng hạt nhân như hiện nay thì khoảng 20 năm nữa, dự báo uranium sẽ trở thành của hiếm. Khả năng sinh năng lượng của thorium lại lớn hơn uranium nhiều lần. Theo nhà vật lý đoạt giải Nobel 1984 Carlo Rubbia thì 1 tấn thorium có thể tạo ra năng lượng bằng 200 tấn uranium. Theo đó, có thể tính ra một lò phản ứng thorium cỡ 250.000USD dùng 20kg nhiên liệu thorium phóng xạ/năm sẽ cung cấp đủ điện cho thị trấn 1.000 dân trong cả năm nhưng mỗi gia đình trong cả năm chỉ trả một khoản tiền điện rất nhỏ. 

Nhà máy điện hạt nhân Fukushima (trước ngày 11/3/2011).

Lò phản ứng thorium có tính an toàn cao

Lò phản ứng hạt nhân uranium

Là nơi sinh ra các phản ứng nhiệt hạch nên sẽ rất nóng, phải dùng nước làm mát lò này. Nước làm mát được phun lên lò bằng một hệ thống bơm tự động. Hệ thống bơm tự động này lại được điều khiển bởi một hệ thống máy tính. Các hệ thống tự động đó chỉ hoạt động khi có điện nên cần phải có một nhà máy điện dự phòng. Khi bị ngắt điện, các hệ thống tự động sẽ không hoạt động, thiếu nước làm mát, lò phản ứng sẽ nóng lên quá ngưỡng, hơi nước sinh ra  gây nổ hydro. Nếu nhà máy điện dự phòng bị hỏng thì lò phản ứng sẽ nóng lên cực độ; các thanh nhiên liệu tan chảy ra, lò có thể bị phát nổ, tạo ra khói bụi phóng xạ. Sự cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima đã và đang diễn ra theo cách này. Để ngăn sự tan chảy nhiên liệu, nổ cháy, Nhật dùng trực thăng bơm nước làm nguội vào lò phản ứng.

Khi nhà máy điện hạt nhân hoạt động bình thường thì nước làm nguội chạy quanh lò được bọc kín, chu kỳ tuần hoàn nên ít bị nhiễm xạ, số lượng nước ở mức khá hằng định. Khi làm mát bằng cách bơm trực tiếp vào lò theo cách trên thì cần một lượng nước rất lớn; lượng nước lớn sẽ chảy qua vết nứt của lò nên bị nhiễm xạ cao, rồi thấm xuống đất qua các đường hầm, hay tràn khỏi bể chứa ra ngoài, gây nhiễm xạ môi trường. Rất khó nào để giải quyết khối lượng khổng lồ nước nhiễm xạ này (mới tính đến đầu tháng tư là 57 triệu lít). Trong tình trạng bất khả kháng, Nhật buộc phải bơm ra biển 11,5 triệu lít nước nhiễm xạ với hy vọng là với mức nhiễm xạ còn thấp, chất phóng xạ sẽ được hòa vào đại dương mênh mông, nước biển tuy sẽ bị nhiễm xạ nhưng sẽ ở mức “an toàn”! Thế nhưng đây là điều cấm, nhất là không được các nước có biển liền kề đồng tình. Có một cách mà giới chuyên gia năng lượng điện hạt nhân đề xuất là dùng các bể cực lớn tàng trữ nước nhiễm xạ lại, sau đó làm cho chúng đông đặc… nhưng lại đòi hỏi phải có một tổ hợp công nghiệp đặc biệt, chưa ai hình dung hết quy mô… và có thể mất nhiều thập niên, mất hàng trăm tỷ USD. Theo Rober Alvarez, một quan chức của Bộ Năng lượng Mỹ thì “sự cố ở nhà máy điện hạt nhân Fukushima không giống với sự cố hạt nhân nào trước đây”. Bởi thế, dù là nước có tiềm lực cao về tài chính, kỹ thuật, công nghệ, Nhật xử lý sự cố này cũng rất loay hoay, chật vật.

Lò phản ứng thorium

Lò là một khoang chứa nhiên liệu hòa tan dạng muối nóng chảy lithium fluorid ở nhiệt độ vài trăm độ C mà không dùng hệ thống làm mát bằng nước. Nếu có sự cố làm ngừng điện thì nhiên liệu sẽ tháo dần vào bể ngầm làm chậm quá trình phản ứng. Quá trình này sẽ tự động diễn ra, không cần đến sự điều khiển của hệ máy tính. Do đó khi có sự cố làm ngừng điện, sẽ không có sự cố gây nổ hydro như ở lò Fukushima. Lithium fluorid không phải là chất dễ gây cháy, cho nên khó phát hỏa tạo ra nổ, khói phóng xạ, điều mà người ta đang lường sẽ có thể xảy ra ở Fukushima và đang tìm mọi cách ngăn chặn cho bằng được. Như thế có thể coi kiểu lò phản ứng thiorium có khả năng “miễn nhiễm” với các sự cố như đang diễn ra tại Fukushima.

Cấu trúc phân tử thorium.

Thorium ít hại cho môi trường và sức khỏe hơn

Uranium và các chất đồng vị phóng xạ khác như cesium-137 (Cs-137), polonium là chất phóng xạ dài. Chu kỳ bán rã tự nhiên cũng như chu kỳ bán thải khỏi cơ thể cũng rất dài. Do đó, sẽ tồn tại trong môi trường gây hại cho sức khỏe trong nhiều thế hệ. Chẳng hạn:

Cs-137, chu kì bán thải trên 30 năm nên nếu đã bị nhiễm thì sẽ ngấm vào máu, xương, các bộ phận khác, tích lũy lại trong cơ thể gây ung thư. Những công nhân bị nhiễm phóng xạ tại Chernobyl, sau 4 - 5 năm, chất phóng xạ vẫn còn nguyên trong cơ thể.

Polonium sinh ra từ uranium - 239 hay uranium - 235 phát ra tia phóng xạ alpha.    Tia alpha không đâm xuyên qua da, nhưng gây  nhiễm qua  ăn uống, qua hít thở. Có một điều may là polonium có phạm vi phát tán trong không khí không rộng, cơ thể có thể tự thải ra bên ngoài. Nếu ở xa nơi rò rỉ thì khó có nguy cơ, nếu bị nhiễm xạ một lần thì sau vài tháng trong cơ thể giảm xuống còn khoảng 50%, dù rằng lượng polonium vẫn còn trong cơ thể lâu hơn Cs-137. Tuy nhiên, điều rủi ro lớn hơn là polonium có chu kỳ bán rã tự nhiên dài tới 20.000 năm. Nếu sống  trong môi trường bị nhiễm xạ thì sẽ bị tái nhiễm qua nhiều thế hệ, buộc phải di tản vĩnh viễn ra khỏi khu vực nhiễm xạ và khu vực ấy cũng sẽ vĩnh viễn hoang tàn! Điều rủi ro nữa là khi bị nhiễm xạ với một liều nhỏ, rất khó phát hiện chẩn đoán bằng các phương tiện y học tối tân (trừ cơ quan năng lượng hạt nhân); ngay sau đó, polonium gây nôn mửa, tiêu chảy dữ dội, gây tê liệt toàn bộ hệ miễn dịch, giết chết bất cứ tế bào nào, dẫn tới tử vong, chỉ nhiều nhất sau vài tuần. Vụ  điệp viên Alexander Valterovich Litvinenko bị đầu độc, chết nhanh chóng bằng polonium -210 với liều khoảng 1 - 10 gibabecquerel  là  một ví đụ điển hình về sự khủng khiếp của  polonium.

Thorium là chất phóng xạ ngắn. Phản ứng nhiệt hạch sẽ xảy ra theo một chu kỳ kín cho đến khi hầu hết các vật liệu phân hạch được dùng hết. Nói một cách nôm na là quá trình phản ứng nhiệt hạch thorium cũng là quá trình “tự ăn hết chất thải”, “tự làm sạch”  nên không gây nhiễm xạ môi trường và  được gọi là “năng lượng hạt nhân xanh”.

Như vậy, thorium ít hại cho môi trường và sức khỏe hơn so với  uranium.

Nhà máy điện hạt nhân dùng thorium không phải là viễn tưởng?

Dù vậy hiện nay, người ta vẫn dùng các chất phóng xạ dài này vì kỹ thuật hoạt động của lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân dùng uranium đã được nghiên cứu hoàn thiện từ lâu, độ an toàn cũng được nâng lên đến mức chắc chắn trong các thế hệ lò và nhà máy điện hạt nhân xây dựng về sau này, khác xa với thế hệ xây dựng trước và trong thập niên 70. Trong khi đó, lò phản ứng và nhà máy điện  hạt nhân thorium được nghiên cứu nhưng chưa hoàn thiện, vì thế vẫn chưa có nhà máy điện hạt nhân dùng thorium.

Tuy nhiên, Kirk Sorensen, người đứng đầu nhóm nghiên cứu hạt nhân của Công ty công nghệ Teledyne Brown Engineering (Mỹ) 5 năm trước đây đưa ra một dự báo lạc quan: “Không khó để hình dung viễn cảnh toàn bộ hành tinh sẽ được cấp đủ năng lượng từ thorium”. Sự cố tại nhà máy điện Fukushima đang làm cho các nhà khoa học kỹ thuật nghĩ lại, đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu để sớm đạt được điều mà Kirk Sorensen dự đoán.

( theo suckhoedoisong)