Phương pháp chống ô nhiễm lò phản ứng hạt nhân

Argentina đang thử nghiệm một phương pháp dùng tia laser để loại bỏ thành phần nhiễm xạ trong “nước nặng”, chất lỏng giữ vai trò làm lạnh và hỗ trợ kiểm soát lò phản ứng hạt nhân. Công nghệ này do các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu Khoa học và công nghệ quốc phòng, viết tắt CITEDEF, phối hợp Công ty Công nghệ cao INVAP phát triển. Mục tiêu chính của nhóm nghiên cứu là xử lý Tritium, đồng vị phóng xạ của Hydrogen hình thành trong quá trình chuyển hóa nước nặng D2O bên trong lò phản ứng. Nước nặng được sử dụng tại các lò phản ứng hạt nhân loại CANDU, tên gọi bắt nguồn từ cụm Canada Deuterium Uranium, một thiết kế có nguồn gốc Canada. Trong những hệ thống này, D2O vừa góp phần làm lạnh, vừa hoạt động như chất điều hòa, giúp kiểm soát phản ứng bằng cách làm chậm quá trình giải phóng Neutron. Công nghệ laser của Argentina hiện vẫn ở giai đoạn thí nghiệm, nhưng được chú ý vì hướng tới việc xử lý nước nặng mà không phải loại bỏ hoàn toàn nguồn chất lỏng này. Theo thông tin được công bố, phương pháp mới khác với các cách khử nhiễm xạ đang được Canada và Anh áp dụng, bởi khả năng cho phép tái sử dụng D2O sau xử lý. Điểm khác biệt giữa nước nặng và nước thường nằm ở thành phần Hydrogen, khi các nguyên tử Hydrogen trong nước nặng được thay thế bằng Deuterium. Deuterium là một đồng vị tự nhiên của Hydrogen, bên cạnh Tritium, và mỗi hạt nhân Deuterium gồm một Proton cùng thêm một Neutron. Trong khi đó, hạt nhân Hydrogen thông thường chỉ chứa một Proton, còn Tritium có một Proton và hai Neutron, khiến đồng vị này không bền và có tính phóng xạ. Deuterium hiện diện với tỷ lệ khoảng 0,02% thể tích Hydrogen tự nhiên, vì vậy nước nặng tồn tại với thành phần đồng vị khác biệt so với nước thông thường. Khi các nguyên tử Deuterium kết hợp với Oxygen, chúng tạo thành D2O, loại chất lỏng có tỷ trọng lớn hơn nước thường khoảng 11%. Sự khác biệt về cấu tạo khiến nước nặng có những đặc tính phù hợp cho việc điều hòa phản ứng trong một số thiết kế lò phản ứng hạt nhân. Trong quá trình vận hành, D2O có thể tạo ra Tritium, nguyên tố phóng xạ cần được kiểm soát nhằm hạn chế nguy cơ ô nhiễm đối với hệ thống và môi trường. Tritium không chỉ là một thành phần hóa học thông thường, bởi đặc tính không bền khiến nó trở thành mối quan tâm quan trọng trong quản lý nước nặng đã qua sử dụng. Các nhà nghiên cứu Argentina đang tìm cách dùng tia laser tác động vào thành phần nhiễm xạ, qua đó hướng tới việc giảm Tritium trong D2O. Nếu đạt kết quả phù hợp, phương pháp này có thể mở ra lựa chọn xử lý tại chỗ, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào những quy trình vận chuyển hoặc lưu giữ kéo dài. Tuy nhiên, bài viết gốc mới mô tả công nghệ ở cấp độ thí nghiệm, chưa đưa ra thông số đầy đủ về hiệu suất, quy mô triển khai hay thời gian cần thiết cho mỗi lần xử lý. Trước khi phương pháp laser được áp dụng rộng rãi, công tác đánh giá vẫn cần tiếp tục nhằm xác định mức độ an toàn, tính ổn định và khả năng vận hành trong điều kiện thực tế. Hiện có hai hướng xử lý nước nhiễm Tritium được đề cập, trong đó cách thứ nhất là chứa nước trong các container phù hợp rồi chôn sâu dưới lòng đất. Nước nhiễm xạ được lưu giữ trong thời gian dài theo phương án này, nhằm chờ mức phóng xạ giảm xuống trước khi tiến hành những bước quản lý tiếp theo. Cách thứ hai là chuyển nước nhiễm Tritium đến Canada, quốc gia được nêu là nơi duy nhất cho phép khử Tritium bằng biện pháp thông thường. Biện pháp thông thường đó vẫn đi kèm nguy cơ gây hại cho môi trường, vì vậy việc phát triển một công nghệ xử lý khác mang ý nghĩa đáng chú ý. Phương pháp laser do CITEDEF và INVAP nghiên cứu chưa thay thế ngay các quy trình hiện có, nhưng cho thấy Argentina đang tìm giải pháp riêng cho bài toán nước nặng nhiễm phóng xạ.