Trung Quốc đạt cột mốc tự chủ năng lượng bằng cách ‘nhân’ uranium từ thorium

• Lò phản ứng thử nghiệm được phát triển tại sa mạc Gobi của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc chuyển đổi nhiên liệu từ thorium sang uranium
• Lò phản ứng muối nóng chảy dùng nhiên liệu lỏng nền thorium (TMSR) công suất 2 megawatt này là trường hợp duy nhất trên thế giới thực sự nạp và sử dụng nhiên liệu thorium
• Kết quả thử nghiệm được xem là bằng chứng ban đầu chứng minh khả năng ứng dụng kỹ thuật của tài nguyên thorium trong hệ thống lò phản ứng muối nóng chảy
• Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cho biết thành tựu này là bước nhảy vọt quan trọng trong phát triển công nghệ năng lượng hạt nhân sạch và bền vững
• Công nghệ này có ý nghĩa quan trọng đối với tự chủ năng lượng và bảo đảm ổn định nguồn cung nhiên liệu hạt nhân dài hạn của Trung Quốc

---

Thành tựu của lò phản ứng thorium thử nghiệm tại sa mạc Gobi

• Viện Vật lý Ứng dụng Thượng Hải thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã thành công chuyển đổi thorium thành uranium thông qua lò phản ứng thử nghiệm được phát triển tại sa mạc Gobi
  • Lò phản ứng này có dạng lò phản ứng muối nóng chảy dùng nhiên liệu lỏng nền thorium (TMSR) công suất 2 megawatt
  • Thử nghiệm được đánh giá là sự triển khai thành công của công nghệ đổi mới dựa trên phản ứng phân hạch hạt nhân

Lò phản ứng duy nhất trên thế giới sử dụng nhiên liệu thorium

• TMSR này hiện được xác nhận là lò phản ứng duy nhất trên thế giới thực sự nạp và sử dụng nhiên liệu thorium
  • Đây được chú ý như một trường hợp chứng minh thực tế của chu trình nhiên liệu thorium-uranium khác với hệ thống nhiên liệu hạt nhân hiện có

Ý nghĩa kỹ thuật và triển vọng sắp tới

• Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc công bố rằng thử nghiệm này đã chứng minh tính khả thi về mặt kỹ thuật của tài nguyên thorium trong hệ thống lò phản ứng muối nóng chảy
  • Kết quả này được xem là bước tiến kỹ thuật quan trọng nhằm bảo đảm năng lượng hạt nhân sạch và bền vững
• Bài báo không đề cập thêm đến kế hoạch thương mại hóa hoặc lịch trình cụ thể

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Trước khi hào hứng, cần hiểu chính xác thí nghiệm này có ý nghĩa gì
  Trung Quốc đã vận hành một lò phản ứng thử nghiệm chuyển đổi thorium thành uranium, nhưng tỷ lệ chuyển đổi chỉ đạt 0,1
  Nói cách khác, họ đã tiêu thụ 10 đơn vị nhiên liệu hạt nhân hiện có để tạo ra 1 nguyên tử phân hạch mới
  Sự chuyển đổi kiểu này cũng xảy ra trong các lò phản ứng thông thường; lò nước nhẹ có tỷ lệ khoảng 0,6, còn lò nước nặng khoảng 0,8
  Vì vậy, thành tựu của Trung Quốc về mặt kỹ thuật vẫn ở mức thấp hơn hiện có, nhưng điểm mới là đã sử dụng thorium
  Tính kinh tế vẫn chưa rõ ràng, nhưng nếu đầu tư dài hạn ở cấp quốc gia thì có thể sau khoảng 30 năm sẽ cho ra kết quả đáng kể
  Bài liên quan: World Nuclear News, Wikipedia - Breeder reactor

  • Vấn đề cốt lõi nằm ở mật độ năng lượng và độ phong phú của uranium
    Hiện uranium vẫn đủ dùng nên chưa có lý do kinh tế để xây dựng một hệ thống tái chế phức tạp
  • Ngay cả trong lò phản ứng thông thường, plutonium cũng được tạo ra theo thời gian và đảm nhiệm một phần đáng kể của năng lượng
    Nếu dùng thorium thì có thể lấy năng lượng theo chuỗi thorium → uranium → plutonium, nhưng nếu tỷ lệ chuyển đổi thấp thì có thể khó duy trì trạng thái tới hạn
  • Có cảm giác rằng Trung Quốc đang theo đuổi chiến lược khẳng định vị thế cường quốc khoa học trước khi tăng trưởng công nghiệp chậm lại

• Trọng tâm của thí nghiệm này là thiết kế lò phản ứng muối nóng chảy (MSR)
  Vì nhiên liệu được hòa tan trong muối nóng chảy FLiBe nên có thể xử lý nhiên liệu theo thời gian thực mà không cần thay trong bình chịu áp kín như các thanh nhiên liệu rắn
  Nhờ cấu trúc này, họ cũng có thể thử nghiệm chu trình nhiên liệu thorium
  Nghiên cứu này dựa trên các thí nghiệm trước đây tại Oak Ridge

  • Điểm độc đáo không nằm ở bản thân MSR, mà ở việc đốt thorium
  • MSR có nhiều đặc tính hấp dẫn, nhưng nhược điểm lớn là hư hại vật liệu do phơi nhiễm neutron
    Vì nhiên liệu ở trạng thái lỏng nên bức xạ có thể tới tận thành bình chứa, và ngay cả khi dùng lớp chắn graphite vẫn phát sinh vấn đề hư hại và nhiễm bẩn
    Thí nghiệm ở Oak Ridge cũng đã chạm tới giới hạn tuổi thọ bức xạ
    Trong khi đó, lò nước nhẹ có nước đóng vai trò đệm nên tuổi thọ kết cấu dài hơn nhiều
  • Rồi sẽ có câu hỏi: “Vậy neutron được ai hấp thụ?”

• Bài viết giải thích khá rõ ý nghĩa của thành tựu này: Science and Technology Daily

  • Theo bài báo, Trung Quốc có kế hoạch hoàn tất và vận hành lò phản ứng trình diễn TMSR công suất 100 megawatt vào năm 2035
    Đây là quy mô bằng 1/10 một nhà máy điện hạt nhân thương mại (1 gigawatt), là bước thử nghiệm trung gian trước giai đoạn tiếp theo

• Bài này là phần trích từ đầu của bài báo 29 đoạn trên SCMP
  Bản gốc: liên kết archive.is

  • Có người nói rằng sau khi tìm được liên kết bản gốc, họ đã thay nguồn ở đầu bài từ HumanProgress.org sang bản gốc

• Chủ đề này đã được đăng lên vài lần trong những tuần gần đây nhưng không được chú ý
  Có lẽ giờ là lúc phương Tây phải bắt kịp công nghệ của Trung Quốc

  • Nhưng thorium MSR có hiệu quả kinh tế thấp ở những khu vực giàu uranium (Mỹ, châu Âu, Australia)
    Tùy điều kiện địa chất từng nơi mà sẽ có lời giải khác nhau
  • Thực ra đây là công nghệ Mỹ được Trung Quốc tiếp nối
    Trong 60 năm qua, nó bị gián đoạn không phải vì giới hạn kỹ thuật mà vì lý do chính trị
  • Tại Shippingport của Mỹ vào những năm 1950, Rickover cũng từng làm thí nghiệm nhân giống thorium
    Nghĩa là nỗ lực của Trung Quốc không hoàn toàn mới
  • Ngược lại, cũng có ý kiến cho rằng “Trung Quốc là bên sao chép công nghệ của phương Tây”
  • Công nghệ nhân giống rốt cuộc là một công nghệ không có tính kinh tế
    Trên thị trường hiện nay, dùng uranium mới khai thác rẻ hơn nhiều

• Thorium xuất hiện nhiều như sản phẩm phụ của quá trình tinh chế đất hiếm
  Trung Quốc đã nắm giữ khối lượng lớn, nên giờ họ đang tìm cách tận dụng

• Điều thú vị ở lò phản ứng này là không cần nước và có thể xây dựng ở nội địa
  Phần lớn nhà máy điện hạt nhân dùng hơi nước để quay turbine, nên cái này có vẻ là một cấu trúc khác

  • Thiết kế này dùng CO₂ siêu tới hạn làm môi chất truyền nhiệt nên không cần nước
    Nó an toàn hơn, và còn có thể được dùng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp thay vì chỉ tạo điện
    Ví dụ, có thể chiết xuất CO₂ từ nước biển và tạo hydro bằng điện phân nước để sản xuất nhiên liệu hydrocarbon tổng hợp
  • Dĩ nhiên, nhiều nhà máy điện hạt nhân cũng nằm sâu trong đất liền chứ không phải ven biển, và lấy nước làm mát từ hồ nhân tạo hoặc sông ngòi

• Tôi từng nghe nói công nghệ này vốn là ý tưởng khởi nguồn ở Mỹ, sau đó được Trung Quốc tiếp nhận

  • Thực tế, vào thập niên 1960, Oak Ridge của Mỹ đã thực hiện Molten-Salt Reactor Experiment
    Khi đó họ đã nhân giống uranium-233 từ thorium để sử dụng, nhưng dự án bị dừng vì tính kinh tế thấp và chi phí ngừng hoạt động cao
    Đến năm 1994, người ta còn phát hiện tình trạng nguy hiểm như tích tụ khí fluorine
  • Chu trình nhiên liệu thorium không phù hợp để sản xuất vũ khí nên không có sức hấp dẫn về quân sự,
    và sau tai nạn Three Mile Island, sự quan tâm đến điện hạt nhân ở Mỹ sụt giảm mạnh nên nghiên cứu cũng dừng lại
  • Cũng có các nỗ lực tư nhân như dự án MSTR do Bill Gates đầu tư, nhưng
    rào cản pháp lý vẫn rất lớn và kém hiệu quả
  • Tham khảo lịch sử liên quan: Wikipedia - Thorium-based nuclear power
  • Ấn Độ là một trong những quốc gia đầu tư nghiêm túc nhất vào lĩnh vực này

• Copenhagen Atomics của Đan Mạch đang phát triển MSR mô-đun cỡ container
  Trang chính thức

  • Họ đã làm ra một số nguyên mẫu và dự định thực hiện phản ứng dây chuyền hạt nhân đầu tiên tại PSI vào năm 2027
    Có vẻ họ đang nhắm tới thương mại hóa phù hợp với mốc 2050 hơn là 2030

• Các tầng cát ở bờ tây Sri Lanka rất giàu thorium
  Có thể khai thác ở độ sâu 10~100 m bằng tàu nạo vét

  • Thực ra, thorium có thể thu được ở bất kỳ đâu có mỏ đất hiếm
    Không cần khai thác riêng, mà có thể chiết xuất từ quặng thải của các mỏ hiện hữu