Điện hạt nhân đã có lịch sử 50 năm, đóng góp to lớn cho sự phát triển kinh tế - xã hội của nhiều quốc gia và góp phần bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, quan điểm của con người hiện vẫn chia thành hai cực: ủng hộ và chống đối.

Bức tranh điện hạt nhân toàn cầu

Một nhà máy ĐHN tại Mỹ.

Theo thống kê của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), vào cuối năm 2002, toàn thế giới có 441 nhà máy điện hạt nhân (ĐHN) đang hoạt động. Những nhà máy này cung cấp 16% tổng sản lượng điện toàn cầu năm 2002, hay 2.574 tỷ KWh.

Trong năm 2002, cũng đã có thêm sáu nhà máy ĐHN được đưa vào hoạt động thương mại, trong đó có bốn ở Trung Quốc, một ở CH Séc và một ở Hàn Quốc.

Bảy nhà máy ĐHN khác đã được khởi công xây dựng trong năm 2002, trong đó có sáu ở Ấn Độ, một ở CHDCND Triều Tiên, đưa tổng số nhà máy đang được xây dựng trên toàn thế giới là 32.

Trong năm 2002, cũng đã có bốn nhà máy ĐHN ngừng hoạt động, với hai ở Bulgaria và hai ở Anh.

Việc mở rộng hiện tại cũng như triển vọng tăng trưởng ĐHN trung và dài hạn tập trung ở châu Á. Trong tổng số 32 lò phản ứng hiện đang được xây dựng trên toàn thế giới, 19 nằm tại Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ và CHDCND Triều Tiên. Ở châu Á, năng lực và công suất ĐHN là lớn nhất ở Nhật (54 nhà máy) và Hàn Quốc (18 nhà máy). Cả hai nước này đều thiếu tài nguyên năng lượng và sự lo ngại về an ninh năng lượng cũng như việc đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng đã làm cho việc xây dựng các nhà máy ĐHN mới càng trở nên cạnh tranh hơn về kinh tế.

Nhà máy ĐHN ở Yongbyon (Hàn Quốc)

Tại Tây Âu, có 146 lò phản ứng. Civaux-2 của Pháp là lò mới nhất gia nhập vào mạng lưới ĐHN từ năm 1999. Cùng với sự nâng cấp và mở rộng, tổng công suất chắc chắn sẽ vẫn ở gần mức hiện nay mặc dù Bỉ, Đức và Thuỵ Điển đã quyết định loại bỏ ĐHN.

Khả năng lớn nhất đối với công suất mới nằm tại Phần Lan. Vào tháng 5/2002, Quốc hội Phần Lan phê chuẩn ''quyết định trên nguyên tắc'' của chính phủ về xây dựng nhà máy ĐHN thứ năm. Tháng 9/2002, Công ty TVO mời thầu. Đông Âu và các quốc gia thuộc Liên Xô (cũ), mới độc lập, có 68 nhà máy ĐHN đang hoạt động và thêm mười nhà máy đang được xây dựng. Tại Nga, có 30 nhà máy ĐHN và ba nhà máy khác đang được xây dựng

Không có nhà máy ĐHN mới nào được triển khai tại Mỹ kể từ năm 1978 mặc dù nhiều nhà máy, đã ngừng hoạt động, được tái khởi động kể từ năm 1998. Trọng tâm của năm 2002, 2003 là gia hạn giấy phép và cải tạo. Chính sách năng lượng mới của Mỹ, được tuyên bố vào tháng 5/2001, ủng hộ mở rộng năng lượng hạt nhân. Tháng 2/2002, Bộ trưởng Năng lượng Mỹ tuyên bố Chương trình ĐHN 2010, với mục tiêu sẽ có một nhà máy ĐHN mới đi vào hoạt động ở nước này trước cuối năm 2010. Chiến lược này còn bao gồm cả sự chấp thuận của Tổng thống Mỹ George W. Bush, tiếp tục phát triển địa điểm đổ chất thải hạt nhân ở dãy núi Yucca, bang Nevada. Quốc hội Mỹ cũng đã phê chuẩn việc này.

Ở Canada, việc mở rộng sản xuất ĐHN ngắn hạn có thể diễn ra dưới hình thức tái khởi động một vài hoặc tất cả tám nhà máy (trong tổng số 22 nhà máy) hiện đã bị đóng cửa.

Tại châu Phi, có hai nhà máy ĐHN đang hoạt động và cùng nằm ở Nam Phi. Tại Mỹ La tinh, có sáu nhà máy, chia đều cho ba nước Argentina, Brazil và Mexico.

Chống đối và ủng hộ

ĐHN cung cấp nguồn năng lượng rẻ tiền, thay thế điện năng được sản xuất từ nhiên liệu hoá thạch. Nó có thể cung cấp điện năng với giá thấp hơn 50-80% so với các nguồn năng lượng truyền thống, giải quyết tình trạng thiếu điện cũng như thoả mãn nhu cầu gia tăng trong tương lai. Ngoài ra, lò phản ứng hạt nhân thực sự không phát thải khí nhà kính, góp phần kiềm chế nạn ấm hoá toàn cầu và thay đổi khí hậu.

Biểu tình chống đối ĐHN, cũng ở... Hàn Quốc!

Tuy các nhóm chống ĐHN cho rằng không có mức phóng xạ an toàn song theo TS vật lý Travis Norsen của Mỹ, các nguồn phóng xạ lớn đều là tự nhiên và có mặt ở khắp mọi nơi: Con người liên tục phơi nhiễm với phóng xạ từ các tia vũ trụ ở tầng trên của khí quyển và các nguyên tố phóng xạ tự nhiên trong lòng đất. So với những nguồn này, phóng xạ từ nhà máy ĐHN không đáng kể. Mức bức xạ trung bình hàng năm mà người Mỹ phơi nhiễm là 360 millirem, trong đó 300 millirem có nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên chẳng hạn như radon. Trái lại, con người chỉ nhận được 0,01 millirem phóng xạ mỗi năm do sống cách nhà máy ĐHN 15m. Ngay cả một chiếc máy bay cũng làm cho con người tiếp xúc 3 millirem mỗi năm trong khi mức phơi nhiễm từ X-quang trong y học là 20 millirem mỗi năm.

Các nhóm chống đối cũng cho rằng các nhà máy ĐHN tạo ra chất thải phóng xạ gây chết người, vì vậy họ kịch liệt phản đối việc vận chuyển chúng, đặc biệt là nhóm Hoà Bình Xanh. Trong khi đó, những người ủng hộ, đặc biệt là các nhà khoa học, cho rằng chất thải phóng xạ không phải là một điểm yếu mà là một đặc thù của năng lượng hạt nhân. So với lượng thải khổng lồ của nhiên liệu hoá thạch vào khí quyển, lượng chất thải hạt nhân là nhỏ, không đáng kể và có thể cất giữ mà không gây nguy hại cho con người và môi trường. Phần lớn nhiên liệu đã qua sử dụng được giữ lại nhà máy. Chất thải ở mức cao được xếp trong thùng thép dày chống ăn mòn và đặt sâu trong lòng đất - nơi có kiến tạo ổn định, và được theo dõi cẩn thận. Các nhà khoa học khẳng định rằng các khu chôn cất đó an toàn trong hàng thiên niên kỷ, cho tới khi có... công nghệ xử lý được mọi người chấp nhận.

Trong suốt bốn thập kỷ qua, ngành công nghiệp hạt nhân thế giới đã thực hiện trên 20.000 chuyến hàng với hơn 50.000 tấn vật liệu hạt nhân (chất thải, nhiên liệu qua sử dụng và nhiên liệu mới) song chưa hề gây rò thoát phóng xạ, thậm chí cả khi có tai nạn. Những quy định quốc gia và quốc tế khắt khe đòi hỏi việc vận chuyển phải sử dụng những thùng chứa đặc biệt có lớp vỏ thép dày, chịu được va chạm mạnh và chống được đập phá. Do có năng lượng khổng lồ trong khối lượng nhiên liệu uranium nhỏ nên nhiên liệu hạt nhân cần vận chuyển rất ít. Trái lại, những chuyến hàng nhiên liệu hoá thạch là một gánh nặng của vận tải quốc tế với mối đe doạ môi trường, nhất là hiểm hoạ tràn dầu.

Mặc dầu vậy, những lo ngại trên của các nhà chống đối năng lượng hạt nhân vẫn tiếp tục hình thành nên các chính sách của một số chính phủ. Chẳng hạn, vào tháng 2/2002, Quốc hội Đức đã thông qua đề nghị sửa đổi Luật Năng lượng Hạt nhân, bao gồm cả loại bỏ các nhà máy ĐHN. Luật này cấm xây dựng cũng như vận hành các nhà máy ĐHN mới, hạn chế thời gian hoạt động của các nhà máy ĐHN xuống còn 32 năm. Tháng 1/2003, Quốc hội Bỉ cũng thông qua dự luật hạn chế thời gian hoạt động của nhà máy ĐHN xuống còn 40 năm.

Trong cuộc trưng cầu dân ý về những sáng kiến chống hạt nhân năm 2003, người Thuỵ Sĩ đã ủng hộ phương án giữ các nhà máy ĐHN. 80% người Thuỵ Điển muốn duy trì hoặc mở rộng ĐHN. Gần 3/4 dân chúng Nhật Bản ý thức được giá trị năng lượng hạt nhân.

Lịch sử điện hạt nhân

Lịch sử phát triển ĐHN trên thế giới đã trải qua các giai đoạn sau:

Giai đoạn những năm 1950-1960 là giai đoạn khởi đầu, khi công nghệ chưa được thương mại hoá. Điện lần đầu tiên được sản xuất bằng năng lượng hạt nhân vào ngày 20/12/1951 tại lò thử nghiệm EBR-1 của Mỹ và thắp sáng được bốn bóng đèn. Tổ máy ĐHN đầu tiên là lò graphit nước nhẹ 5MW(e) tại Obninsk của Nga, bắt đầu hoạt động năm 1954 và ngừng hoạt động ngày 30/4/2002. Calder Hall tại Anh là nhà máy ĐHN quy mô công nghiệp đầu tiên trên thế giới bắt đầu vận hành năm 1956 và đóng cửa tháng 3/2003. Phát triển ĐHN chủ yếu nhằm mục tiêu phát triển khoa học, công nghệ và xây dựng tiềm lực hạt nhân bảo đảm an ninh quốc gia.

Một nhà máy ĐHN ở Nhật.

Giai đoạn 1970-1980, nhiều quốc gia đẩy nhanh tốc độ phát triển ĐHN khi công nghệ đã được thương mại hoá cao và do khủng hoảng dầu mỏ. Tỷ trọng ĐHN toàn cầu tăng gần hai lần, từ 9% lên 17%. Lò Unterweser 1.350 MWe ở Đức bắt đầu sản xuất điện từ năm 1978 và đến nay tổng sản lượng điện là 221,7 tỷ KWh, nhiều hơn so với bất kỳ lò nào khác.

Bước vào thập niên 1980 và 1990, sau sự cố Chernobyl, sự phản đối của công chúng, các yếu tố chính trị và sự cạnh tranh yếu về kinh tế do việc tăng cao các yêu cầu về an toàn đã làm cho tốc độ xây dựng điện hạt nhân giảm mạnh, một số nước có chủ trương loại bỏ ĐHN như Đức và Thuỵ Điển.

Giai đoạn từ đầu thế kỷ XXI tới nay, khi an ninh năng lượng có ý nghĩa quyết định và công nghệ ĐHN ngày càng được nâng cao thì xu hướng phát triển ĐHN đã có những thay đổi tích cực. Tầm nhìn 2020 của Mỹ về phát triển ĐHN đề nghị tăng 10.000MW cho 104 nhà máy ĐHN hiện có. Anh quay trở lại phát triển ĐHN do thiếu hụt năng lượng, trong khi Indonesia đã lập dự án khả thi và dự kiến sẽ đưa tổ máy ĐHN đầu tiên vào vận hành năm 2015.

• Minh Sơn (Tổng hợp)
   

  Các kiểu lò phản ứng hạt nhân

  Chi tiết»   Giống như mọi nhà máy nhiệt điện, nhà máy ĐHN dùng nhiệt sinh ra trong lò phản ứng hạt nhân để đun sôi nước, tạo hơi rồi đưa hơi đó tới tua-bin phát điện. Trong lò phản ứng hạt nhân, nhiệt được sinh ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân. Hạt nhân uranium và plutonium trong nhiên liệu bị neutron bắn phá, phân tách thành hai mảnh, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt cùng neutron mới. Những neutron mới này lại gây ra những phân hạch tiếp theo và như vậy tạo ra phản ứng dây chuyền. Để duy trì được phản ứng dây chuyền, lượng nhiên liệu trong vùng hoạt động của lò phải đủ lớn. Neutron được sinh ra là những neutron nhanh, có năng lượng cao. Những neutron này cần được làm chậm để duy trì phản ứng phân hạch. Việc làm chậm được thực hiện nhờ chất làm chậm có trong vùng hoạt. Phản ứng dây chuyền được kiểm soát nhờ những thanh điều khiển có tính năng hấp thụ neutron được đưa vào trong vùng hoạt của lò phản ứng để giảm tốc độ hoặc để dừng phản ứng dây chuyền. Ba loại lò phản ứng phổ biến nhất hiện nay là lò nước sôi (BWR), lò nước áp lực (PWR) và lò candu hay nước nặng áp lực (PHWR). Lò nước sôi và lò áp lực được gọi chung là lò nước nhẹ (LWR). Nước nhẹ H2O vừa là chất tải nhiệt, vừa là chất làm chậm. Lò nước nặng áp lực dùng nước nặng D2O để làm chậm neutron. Lò nước áp lực tạo hơi gián tiếp. Chất tải nhiệt vòng sơ cấp, được giữ ở trạng thái lỏng dưới áp suất cao, mang nhiệt từ lò hạt nhân tới thiết bị sinh hơi, tại đây diễn ra trao đổi nhiệt với vòng thứ cấp và hơi được tạo ra rồi dẫn tới tua-bin. Lò nước sôi sinh hơi trực tiếp bằng cách làm sôi chất tải nhiệt trong lò. Hơi được tách ra khỏi chất lỏng trong một thiết bị phân tách đặt phía trên vùng hoạt và được đưa tới tua-bin. Trong lò nước nặng áp lực, nhiên liệu được bố trí trong các ống chịu áp lực và nhiệt được tải đi ở từng ống riêng rẽ. Những ống áp lực này được đặt trong một thùng lớn chứa nước nặng làm chậm. Trong khi các lò nước nhẹ sử dụng uranium được làm giàu thì các lò nuớc nặng áp lực dùng nhiên liệu uranium tự nhiên hoặc được làm giàu chút ít. Trong lò tải nhiệt bằng khí (GCR) và lò tải nhiệt bằng khí cải tiến (AGR), CO2 được dùng làm chất tải nhiệt và graphit là chất làm chậm, cho phép sử dụng nhiên liệu là uranium tự nhiên hoặc uranium làm giàu chút ít. Lò graphit nước nhẹ (LWGR) có những ống chịu áp lực chứa nhiên liệu cùng nước nhẹ tải nhiệt. Những ống này bao quanh bởi graphit làm chậm. Lò này được biết nhiều với tên gọi RBMK, kiểu lò gắn liền với tai nạn Chernobyl năm 1986. Nhiên liệu của lò tái sinh neutron nhanh (FBR) là hỗn hợp của oxit uranium và plutonium. Loại lò này không cần chất làm chậm. Phủ quanh vùng hoạt là một lớp các tấm uranium-238 để tái sinh nhiên liệu. Neutron khi thoát khỏi vùng hoạt sẽ bị lớp phủ hấp thụ và tạo ra plutonium. Chất này được tách ra trong quá trình tái chế. Lò FBR thường dùng kim loại lỏng (chẳng hạn như natri) làm chất tải nhiệt. Lò nhiệt độ cao tải nhiệt bằng khí (HTGR), vẫn chưa được vận hành thương mại, là một phương án thay thế cho thiết kế thông thường. Nó dùng graphit là chất làm chậm và khí helium là chất tải nhiệt. Đặc điểm nổi bật của HTGR là có độ an toàn cao. Nhiên liệu của chúng được bọc trong lớp vỏ gốm chịu được nhiệt độ trên 1.600 độ C trong khi nhiệt độ làm việc hiệu quả của lò là 95 độ C. Helium được dẫn trực tiếp tới tua-bin. Ngoài ra, còn có một số lò cải tiến khác với tính năng làm việc, độ an toàn và tuổi thọ được nâng lên đang trong quá trình xin cấp phép ở một số nước và có thể được xây dựng vào năm 2010.