Lò VVER và xu hướng phát triển điện hạt nhân công nghệ Nga
Bạn nên đọc trước bài viết này để biết và hiểu một vài khái niệm cơ bản:
Có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân trên thế giới, tùy theo nhu cầu sử dụng và công nghệ của mỗi quốc gia, họ đã thiết kế ra lò của riêng mình. Công nghệ lò hạt nhân niềm tự hào, làm chủ khoa học kỹ thuật.
Loại lò được xem là phổ biến nhất , an toàn nhất là "lò phản ứng nước áp lực"(Pressurized water reactor - PWR), cụ thể là lò sử dụng nước nhẹ (light water - LWR). Hiện nay triên thế giới có 278 lò kiểu này đang hoạt động (trên tổng số 439), chiếm 63% về số lượng, 68% về công suất điện được sản xuất (tham khảo - www.euronuclear.org)
Lò phản ứng nước áp lực có đặc trưng cơ bản sau:
2 vòng tuần hoàn riêng biệt
ở vòng tuần hoàn 1 | nước vừa là chất tải nhiệt vừa là chất làm chậm:
nước được giữ ở áp suất cao, để nước luôn ở thể lỏng.
nước thường được trộn với axit đồng vị Bo-10.
nước có chất phóng xạ, không thể nấu trứng được.
ở vòng tuần hoàn 2 | nước lại giữ vai trò là chất sinh công:
nước tách biệt hoàn toàn với nước ở vòng tuần hoàn 1.
nước sạch, có thể nấu trứng nhưng không ai dám nấu.
sử dụng nguyên liệu được làm giàu.
có hệ thống bù trừ áp suất ở vòng tuần hoàn 1.
Ưu và nhược điểm so với những loại lò khác:
An toàn, đã được nhiều quốc gia kiểm nghiệm nhưng chi phí xây dựng đắt đỏ
Chi phí vận hành, nhiên liệu rẽ. Nhưng ở Việt Nam không có quặng uranium trữ lượng lớn để khai thác, và cũng không có công nghệ làm giàu uranium.
Công suất điện lớn và hiệu suất chuyển hóa cao. Một năm phải thay/đảo nhiên liệu và làm công tác vệ sinh 1 lần, kéo dài trong 1 tháng.
## Làm giàu uranium:
Đối với lò hạt nhân sử dụng neutron chậm (neutron nhiệt, neutron có năng lượng thấp) thì nguyên liệu phân hạch chủ yếu là đồng vị uranium-235.
Uranium-235 trong quặng urani tự nhiên chỉ chiếm hàm lượng 0,7% , còn lại đa phần là uranium-238 hầu như không phản ứng với neutron chậm. Để tăng xác suất phản ứng phân hạch thường người ta phải làm giàu uranium, hiểu ngắn gọn là bằng cách nào đó tăng hàm lượng đồng vị uranium-235 lên 3-4%. Con số này không hề nhỏ, theo hiệp định không phổ biến vũ khí hạt nhân hiện chỉ có 7 quốc gia trên thế giới có công nghệ này (trong đó có Trung Quốc).
Nước nhẹ (H2O) # nước nặng (D2O): có thể tham khảo wikipedia
So với nước nhẹ, thì nước nặng lại có một đặc tính đặc biệt là khả năng không hấp thụ neutron. Cùng nguyên tắc hoạt động, nhưng kiểu lò sử dụng nước nặng áp suất cao có thể hoạt động trên uranium tự nhiên, không cần làm giàu (mẫu lò CANDU Canada). Đối với lò sử dụng nước nhẹ, nhiên liệu uranium phải qua làm giàu mới sử dụng được, chi phí khá đắt, và công nghệ làm giàu uranium không phải quốc gia nào cũng có.
So với nước nhẹ, nước nặng lại có chi phí vô cùng đắt đỏ, và việc tăng tuần suất thay nhiên liệu (vì sử dụng nhiên liệu nghèo uranium 235). Nên kiểu lò nước nặng áp suất cao này không được phổ biến như lò nước nhẹ - trên thế giới hiện có 49 lò hạt nhân kiểu này đang hoạt động.
Nguyên liệu đã qua sử dụng:
Trong quá trình phản ứng phân hạch có xác suất sinh ra đồng vị plutonium-239 có khả năng phân hạch. Nhiệt lượng thu được là do sự phân hạch của 3-4% uranium-235 (~70%), và của plutoni-239 (~30%).
Sản phẩm phân hạch còn lại đa phần là đồng vị uranium-238, sản phẩm phân rã, và một số đồng vị phóng xạ. Trong đó uranium-238 và plutonium-240 là nguyên liệu của bom hạt nhân.
Xu hướng:
Với việc phổ biến lò nước nhẹ áp suất cao, và hạn chế vũ khí hạt nhân thì lượng chất thải phóng xạ tích tụ ngày càng nhiều. Trong thanh nhiên liệu đã qua sử dụng còn đến 90% là đồng vị uranium-238.
Uranium-238 phản ứng phân hạch với neutron nhanh (neutron có năng lượng cao), nhưng việc kiểm soát phản ứng phân hạch, vận hành lò hạt nhân sử dụng neutron nhanh vẫn là bí mật của nhiều quốc gia.
Sau thành công của lò neutron nhanh BN-600, cách đây không lâu LB Nga vừa đưa vào sử dụng tổ máy thứ tư của nhà máy điện hạt nhân Beloyarsk có lò phản ứng BN-800 (công suất điện 880MW) sau 2 năm thử nghiệm - tháng 8 2016.
Phát triển và đưa vào khai thác lò sử dụng neutron nhanh không phải quốc gia nào cũng làm được. Mặc dù dùng đồng vị uranium-238 làm nguyên liệu chính (Mox fuel), nhưng do cấu tạo đặc biệt nên có một số thanh nhiên liệu gần vùng trung tâm của lò có độ làm giàu lên đến 15%.
Khai thác "rác thải", sử dụng một nguồn nguyên liệu "mới" theo đúng nghĩa đen, hạn chế sự phát triễn vũ khí hạt nhân...đó là xu hướng tất yếu hiện nay. Điều này chỉ dành cho các nước đã phát triển, làm chủ được công nghệ từ lâu. Thật đáng buồn vì Việt Nam thậm chí còn chưa bắt đầu khai thác lò neutron nhiệt.
Russian Water-Water Power Reactor/Russian pressurised light-water reactor
Mẫu "lò năng lượng nước-nước" huyền thoại của Nga.
VVER là mẫu lò phản ứng nước (nhẹ) áp lực do Nga thiết kế, cái tên lò nước-nước được đặt theo vai trò của nước trong các vòng tuần hoàn (như đã đề cập ở trên). Các thế hệ 1+,2+,3+... về nguyên lý hoạt động vẫn như cũ, nhưng được phát triễn thêm các hệ thống an toàn chủ động và bị động. (Trị giá hệ thống an toàn lên đến 40% giá trị nhà máy).
Ở Việt Nam sẽ có 2 lò VVER-1200, giá trị hợp đồng lên đến 9 tỉ USD (nhiều báo ở VN cho biết chi phí lên đến 10 tỉ USD, hoàn vốn trong 15 năm). Ngoài giá trị hợp đồng còn nhiều công tác bổ trợ như giải phóng mặt bằng, xây dựng lưới điện và các công trình phụ trợ.
VVER-1200 có công suất điện 1200MW (hiệu suất chuyển hóa 35%) là mẫu lò hiện đại, an toàn, tin cậy...đã có ở nhiều ở Nga và nhiều quốc gia trên thế giới.
Có một số quốc gia đã đặt hàng mẫu mới hơn VVER-TOI (1300MW) mặc dù chỉ đang là dự án trên giấy mực.
Gọi là mẫu lò huyền thoại vì đâu đâu cũng thấy VVER, không chỉ ở Nga. Mặc dù bị cấm vận về kinh tế nhưng tập đoàn năng lượng nguyên tử quốc gia ROSATOM vẫn ăn nên làm ra với mẫu lò này.
Danh sách các nước đặt hàng lò VVER của tập đoàn ROSATOM trên thế giới:
(nguồn tham khảo: đoạn cuối bài viết này www.world-nuclear.org)
