Nghiên cứu phát triển lò phản ứng hạt nhân tiên tiến thế hệ mới

Viện Công nghệ Massachusetts, thường gọi là MIT, được trao 7,5 triệu USD trong sáng kiến mới của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ nhằm thúc đẩy nghiên cứu và phát triển công nghệ hạt nhân thế hệ kế tiếp. Khoản tài trợ thuộc chương trình hỗ trợ các trường đại học nghiên cứu năng lượng hạt nhân, gọi là NEUP, thông qua những dự án nghiên cứu tổng hợp, viết tắt IRPs. Sáng kiến này hướng tới việc duy trì vai trò hàng đầu của Hoa Kỳ trong lĩnh vực nghiên cứu năng lượng hạt nhân, đồng thời tạo nền tảng cho những công nghệ lò phản ứng mới. Trong ba năm tới, Phân khoa Kỹ thuật và Khoa học Hạt nhân MIT cùng Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Phản ứng Hạt nhân MIT sẽ phối hợp với Đại học California tại Berkeley và Đại học Wisconsin ở Madison. Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu phát triển một lò phản ứng thử nghiệm, sau đó tiến tới thiết kế lò phản ứng thương mại nhiệt độ cao, sử dụng muối làm chất làm mát. Công nghệ này được gọi là lò phản ứng nhiệt độ cao Florua muối, hoặc FHR, một khái niệm mới hình thành trong khoảng thập niên trước. FHR kết hợp nhiều thành phần từng được phát triển cho các hướng công nghệ hạt nhân khác nhau, thay vì dựa hoàn toàn vào một thiết kế đơn lẻ. Lò phản ứng sử dụng khung graphite chịu nhiệt, các hạt nhiên liệu phủ dành cho lò nhiệt độ cao làm mát bằng khí carbon dioxide hoặc helium, với nhiệt độ nhiên liệu trên 1.600 độ C. Thiết kế còn kết hợp muối lỏng có điểm sôi trên 1.400 độ C cùng hệ thống an toàn bắt nguồn từ lò phản ứng nhanh làm mát bằng natri. Theo nhóm nghiên cứu, sự kết hợp giữa những công nghệ này có thể tạo ra một lò phản ứng công suất lớn với mức độ an toàn cao hơn trước các sự cố nghiêm trọng. Các sự kiện tại nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island ở Hoa Kỳ và Fukushima ở Nhật Bản cho thấy nhiệt phân rã vẫn tiếp tục sinh ra sau khi lò phản ứng đã dừng hoạt động. Nếu thanh nhiên liệu tiếp tục nóng lên, chúng có thể bị hư hại, làm phát sinh những hậu quả nghiêm trọng trong điều kiện hệ thống làm mát không còn hoạt động. Ở FHR, chất làm mát dạng lỏng và nhiên liệu được bố trí theo cách giúp kiểm soát môi trường nhiệt do quá trình phân rã phóng xạ tạo ra. Cách tiếp cận này được kỳ vọng ngăn phản ứng hạt nhân dây chuyền phát triển mất kiểm soát, kể cả khi lò phản ứng gặp hỏng hóc lớn về cấu trúc hoặc hệ thống. Tuy nhiên, nguồn tin mô tả đây là mục tiêu thiết kế và nghiên cứu cần được kiểm chứng, không phải kết luận rằng mọi rủi ro đã biến mất. Tiến sĩ Charles Forsberg, nhà nghiên cứu hàng đầu tại Phân khoa Kỹ thuật và Khoa học Hạt nhân MIT, cho biết mục tiêu dài hạn là tạo ra lò phản ứng thương mại nhiệt độ cao. Thiết kế tương lai được kỳ vọng nâng hiệu quả sản xuất điện, đồng thời hỗ trợ sản xuất nhiên liệu lỏng mà không dẫn tới một tai nạn quy mô lớn. Trước mắt, nhóm dự án tập trung xây dựng đầy đủ các khái niệm cần thiết để có thể triển khai một lò phản ứng thử nghiệm. MIT giữ vai trò quản lý dự án, tiến hành thử nghiệm vật liệu chịu bức xạ và dung dịch muối lỏng làm mát trong điều kiện kiểm soát tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Phản ứng Hạt nhân. Các nhà nghiên cứu tại MIT cũng thực hiện những thí nghiệm khác nhằm kiểm chứng mô hình lò phản ứng và đánh giá khả năng vận hành thực tế của ý tưởng. Đại học California tại Berkeley phụ trách thí nghiệm nhiệt thủy động lực học bằng chất mô phỏng, qua đó dự đoán khả năng truyền nhiệt và diễn biến trong những tình huống tai nạn. Đại học Wisconsin ở Madison sẽ nghiên cứu hiện tượng ăn mòn trên các vật liệu tiềm năng, vấn đề quan trọng khi lò phản ứng tiếp xúc lâu dài với muối lỏng ở nhiệt độ cao. MIT và Đại học California tại Berkeley cùng chịu trách nhiệm kiểm tra ý tưởng, đồng thời phát triển thiết kế ban đầu cho lò phản ứng năng lượng hạt nhân thương mại. Theo Bộ trưởng Năng lượng Hoa Kỳ Steven Chu, các dự án nghiên cứu này góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp hạt nhân trong nước, duy trì vị thế toàn cầu của Hoa Kỳ và đào tạo thế hệ lãnh đạo tiếp theo cho một nền tảng năng lượng mới.