Điện hạt nhân đang có sự trở lại mạnh mẽ khi các quốc gia tìm cách đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng tăng, đồng thời giảm lượng khí thải carbon. Do các nhà máy điện hạt nhân truyền thống mất nhiều năm để xây dựng, các công ty đang chuyển sang nghiên cứu các lò phản ứng nhỏ hơn, dạng modul, có thể xây dựng nhanh chóng.
Tuy nhiên, công ty Clean Core Thorium Energy (CCTE), có trụ sở tại Chicago, Hoa Kỳ, đang theo đuổi một cách tiếp cận khác, hướng đến việc tái sử dụng các lò phản ứng hạt nhân hiện có với công nghệ nhiên liệu hoàn toàn mới, đó là nhiên liệu hạt nhân ANEEL.
Nhiên liệu ANEEL, tạo ra bằng cách kết hợp thorium và uranium làm giàu, đã hoàn thành thành công thử nghiệm chiếu xạ thời gian dài tại lò phản ứng thử nghiệm tiên tiến (ATR) ở Hoa Kỳ. Được phát triển bởi CCTE, nhiên liệu này đạt độ cháy hơn 60 GWd/MTU, vượt xa độ cháy nhiên liệu điển hình của các lò phản ứng hạt nhân truyền thống hơn 8 lần.
Thorium được xem là một lựa chọn nhiên liệu hạt nhân hấp dẫn vì nó dồi dào, tạo ra ít chất thải phóng xạ hơn uranium. Dự án ANEEL của CCTE hướng đến mang lại các ưu điểm của cả thorium và uranium, đồng thời kéo dài tuổi thọ hoạt động của các lò phản ứng hiện có, chẳng hạn như lò phản ứng nước nặng áp suất (PHWR).
Tại Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho (INL) ở Hoa Kỳ, lò phản ứng thử nghiệm tiên tiến (ATR) cung cấp nền tảng thử nghiệm cho công nghệ nhiên liệu mới. Tháng 5/2024, 12 thanh nhiên liệu ANEEL được nạp vào ATR để đạt tốc độ cháy mục tiêu là 20, 40 và 60 GWd/MTU. Năm 2025, 8 trong số các thanh nhiên liệu này hoàn thành hai mục tiêu cháy đầu tiên, nhóm cuối cùng đang tiến gần đến mục tiêu cháy cao nhất.
Thiết lập này nhằm tạo ra dữ liệu hiệu suất thực tế của nhiên liệu trong điều kiện hoạt động của lò phản ứng. Sau một thời gian ngắn làm nguội, các thanh nhiên liệu chuyển đến khu phức hợp vật liệu và nhiên liệu của INL để kiểm tra sau chiếu xạ. 8 thanh nhiên liệu được lấy ra năm ngoái đang trải qua quá trình kiểm tra sau chiếu xạ, quá trình này cũng cung cấp dữ liệu chi tiết về cấu trúc vi mô và hiệu suất của nhiên liệu ở độ cháy cao.
Các kết quả kiểm tra sau chiếu xạ thu được cho đến nay, cho thấy nhiên liệu ANEEL hoạt động tốt, duy trì tính toàn vẹn cấu trúc và khả năng giữ khí phân hạch thuận lợi trong suốt quá trình chiếu xạ.
Việc chiếu xạ này cung cấp dữ liệu hiệu suất có ý nghĩa và chứng minh nhiên liệu thorium-HALEU có thể đạt độ cháy tương đương với nhiên liệu PWR, đồng thời mang lại khả năng sử dụng nhiên liệu được cải tiến, các đặc tính an toàn được nâng cao và giảm đáng kể lượng đồng vị phóng xạ trong nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng có thời gian bán rã dài.
Nhiên liệu ANEEL vẫn giữ nguyên hình dạng hình học của các loại nhiên liệu hiện có, chẳng hạn như thiết kế bó nhiên liệu 19 và 37 phần tử, sử dụng trong lò phản ứng PHWR và lò phản ứng CANDU. Điều này tạo thuận lợi cho việc tích hợp vào các lò phản ứng hiện có mà không cần bất kỳ sửa đổi nào đối với thiết kế lõi hoặc hệ thống.
Với quá trình kiểm tra sau chiếu xạ đang tiến hành đối với các thanh nhiên liệu, CCTE đang hướng tới cột mốc tiếp theo, trình diễn nhiên liệu ANEEL trong một lò phản ứng điện hạt nhân, mở đường cho việc đưa nhiên liệu này vào thương mại. CCTE sẽ hợp tác với INL và các đối tác khác để hướng tới cung cấp nhiên liệu cho nhiều lò phản ứng hạt nhân hơn trong tương lai.
