Quản lý nhiên liệu đã qua sử dụng: Bốn thập kỷ nghiên cứu10:16:00 22/11/2019

Sự bùng nổ xây dựng nhà máy điện hạt nhân trong thập kỷ 60 và 70 của thế kỷ trước hứa hẹn một kỷ nguyên năng lượng mới, đồng thời tạo ra một thách thức mới về xử lý nhiên liệu đã qua sử dụng của các nhà máy. Trong những năm qua, các chuyên gia đã nghiên cứu tìm lời giải cho những câu hỏi: Nhiên liệu này có thể tái chế không? Có thể chôn lấp không? Liệu có thể được lưu trữ và nếu được thì trong bao lâu và trong những điều kiện như thế nào?

 

Ảnh: IAEA

Giá trị của gần bốn thập kỷ nghiên cứu về quản lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng do Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) điều phối đã được tổng hợp trong một ấn phẩm mới của IAEA có tiêu đề Behaviour of Spent Power Reactor Fuel during Storage (IAEATECDOC-1862) (Tính chất của nhiên liệu lò phản ứng đã sử dụng trong quá trình lưu trữ). Ấn phẩm này tổng hợp các dữ liệu, quan sát và khuyến nghị có liên quan được các chuyên gia ghi lại kể từ năm 1981.

Ông Ferenc Takáts, Giám đốc điều hành của TS Enercon, một công ty tư vấn kỹ thuật của Hungary cho biết: “Khi chúng tôi bắt đầu thực hiện nghiên cứu với IAEA vào đầu những năm 80, chúng tôi nhận thức được rằng việc lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng có hoạt độ phóng xạ cao sẽ tạo ra một loạt hệ quả về mặt khoa học và kỹ thuật. Chúng tôi đã tìm kiếm thông tin cơ bản về những hệ quả này để xây dựng cơ sở dữ liệu chung về các quốc gia có kinh nghiệm, bởi vì lúc đó chưa có những thứ như vậy”.

Trong những ngày đầu phát triển năng lượng hạt nhân, nhiều quốc gia đã lên kế hoạch tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng để có thể tối đa hóa việc sử dụng uranium. Bước đầu tiên của quá trình tái chế là tái xử lý, một quá trình hóa học phân tách vật liệu phân hạch, plutonium và uranium chưa qua sử dụng trong nhiên liệu để tái sử dụng trong nhiên liệu oxit hỗn hợp (MOX) mới. Pháp, Nga và Vương quốc Anh hiện có các cơ sở tái xử lý thương mại.

Một số quốc gia khác gồm Canada, Phần Lan, Thụy Điển và Hoa Kỳ đã lựa chọn chôn lấp nhiên liệu đã qua sử dụng thay vì tái chế. Lựa chọn này chính là việc lưu giữ nhiên liệu đã qua sử dụng một cách an toàn ở một vị trí sâu trong lòng đất trong điều kiện không cho phép thu hồi nhiên liệu.

Ban đầu, tất cả các quốc gia có kế hoạch tái xử lý nhiên liệu đã qua sử dụng tại các cơ sở trong nước hoặc ở nước ngoài. Tuy nhiên, việc chôn lấp trực tiếp là lựa chọn được ưa chuộng ở hầu hết các quốc gia trong những năm 1980 và 1990, vì giá uranium vẫn ở mức thấp và đã dấy lên các mối lo ngại về môi trường liên quan đến tái xử lý. Sau đó, vào đầu những năm 2000, lại có kêu gọi về việc tái xử lý do nhu cầu về điện giá rẻ, ít phát thải carbon và mối lo ngại về sự sẵn có của uranium trong dài hạn.

Trong khi cuộc tranh luận này diễn ra và các quan điểm thay đổi, các nhà chức trách thường trì hoãn ra quyết định, và cuối cùng nhiên liệu đã qua sử dụng ở trong kho lưu trữ tạm thời lâu hơn dự kiến.

Dự án nghiên cứu của IAEA

Chính trong bối cảnh này, và để đáp ứng lựa chọn được ưa chuộng hơn là lưu trữ tạm thời, một loạt các dự án nghiên cứu phối hợp của IAEA (CRPs) đã được triển khai, dự án đầu tiên được khởi xướng vào năm 1981. Các chuyên gia từ 10 quốc gia bắt đầu nghiên cứu và thảo luận về đặc tính của nhiên liệu đã qua sử dụng trong quá trình lưu trữ (BEFAST), bao gồm tất cả các hoạt động liên quan đến việc lưu trữ nhiên liệu cho đến khi nó được tái xử lý hoặc gửi đi để chôn lấp. Các quốc gia tham gia đóng góp kết quả nghiên cứu và triển khai của nước mình liên quan đến các câu hỏi cơ bản về lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng và bắt đầu xây dựng cơ sở dữ liệu để hỗ trợ đánh giá các công nghệ lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng phục vụ việc lưu trữ trong thời gian rất dài. Bắt đầu từ năm 1997, một loạt các dự án nghiên cứu phối hợp được triển khai, lần này cụ thể hơn là nhằm mục tiêu đánh giá và nghiên cứu đặc tính nhiên liệu đã qua sử dụng (SPAR).

Nghiên cứu thuộc các dự án BEFAST và SPAR có sự tham gia của 30 tổ chức đến từ 21 quốc gia và Ủy ban Châu Âu. Hoạt động nghiên cứu đã dẫn đến việc trao đổi thông tin rất hữu ích cho các nhà vận hành nhiên liệu, nhà thiết kế nhà máy điện hạt nhân, cơ quan pháp quy, nhà sản xuất và đặc biệt là những người tham gia vào việc đánh giá an toàn. “Mỗi người trong số họ có thể đưa ra một góc nhìn khác nhau về cùng một vấn đề”, ông Takáts cho biết.

Hungary đã triển khai chương trình điện hạt nhân từ giữa những năm 1980. Do không có khả năng xuất khẩu nhiên liệu đã qua sử dụng nên họ phải xây dựng thêm một cơ sở lưu trữ khô bên cạnh nhà máy điện. Đây là một nhiệm vụ khó khăn vì các cơ quan pháp quy đã lo lắng rằng nhiên liệu đã qua sử dụng vẫn còn phóng xạ và ban đầu phát ra rất nhiều nhiệt quá nóng không thể lưu trữ được.

“Vì những điều bất định này, chúng tôi đã giới hạn nhiệt độ để lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng dưới 3500C, đó là một gánh nặng không cần thiết đối với nhà thiết kế”, ông Takáts nói thêm rằng kết quả của dự án IAEA rất hữu ích trong việc giáo dục các cơ quan pháp quy. “Thật may, tôi đã tham gia BEFAST CRP và có thể tham khảo ý kiến ​​của một chuyên gia từ Đức, nơi có kiến ​​thức tốt hơn nhiều về đặc tính của vỏ nhiên liệu được lưu trữ khô ở nhiệt độ cao. Bằng cách thu thập bằng chứng từ nước ngoài, chúng tôi đã có thể chỉ ra rằng các quy định của chúng tôi quá nghiêm ngặt và cần được sửa đổi, dựa trên kết quả nghiên cứu chung”.

Một nghiên cứu được chuẩn bị trên cơ sở các kết luận của CRP, sau đó được trình lên cơ quan pháp quy và họ đã cho phép tăng giới hạn nhiệt độ lưu trữ. Đây là một trong nhiều ví dụ về việc các nỗ lực của các chuyên gia tham gia nghiên cứu phối hợp của IAEA đã mang lại lợi ích cho các nhà vận hành.

Tất cả các nghiên cứu giúp chúng tôi duy trì một chiếc đồng hồ công nghệ liên tục về đặc tính của nhiên liệu đã qua sử dụng, ông Laura McManniman, chuyên gia quản lý nhiên liệu đã qua sử dụng tại IAEA cho biết. Các dự án là một phương tiện tốt để hợp tác và nghiên cứu vì chúng tạo ra một diễn đàn cho các chuyên gia chia sẻ thông tin một cách tự do.

Những điểm nổi bật từ kết quả nghiên cứu, được biên soạn trong IAEA-TECDOC-1862 có sẵn trực tuyến và bản in theo yêu cầu.

Nguyễn Thị Vân Anh, Phòng HTQT (biên dịch)

Nguồn: website IAEA

Google translate
Liên kết
  • Bộ Khoa học và Công nghệ
    Bộ Khoa học và Công nghệ
Thư viện ảnh
Đối tác
Media
Thống kê truy cập