Được thiết kế bởi các nhà nghiên cứu tại Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc (CAS) cùng với các doanh nghiệp hạt nhân nhà nước, máy gia tốc hạt siêu dẫn bắt đầu được lắp đặt tại một cơ sở hạt nhân ở tỉnh Quảng Đông. Dự án được thiết kế để trở thành lò phản ứng hạt nhân điều khiển bằng máy gia tốc cấp megawatt đầu tiên trên thế giới.
Công nghệ đằng sau dự án được gọi là hệ thống cận tới hạn điều khiển bằng máy gia tốc (ADS). Khác với các lò phản ứng hạt nhân thông thường dựa vào phản ứng dây chuyền tự duy trì, hệ thống này cần nguồn neutron từ bên ngoài được tạo ra bởi máy gia tốc hạt. Nếu máy gia tốc dừng lại, phản ứng cũng dừng lại, loại bỏ nguy cơ tan chảy vượt tầm kiểm soát.
Dự án hứa hẹn sẽ giải quyết hai thách thức lớn nhất mà năng lượng hạt nhân đối mặt: an toàn và chất thải dài hạn. Hệ thống ADS là sự kết hợp giữa lò phản ứng hạt nhân và máy gia tốc hạt, có khả năng vừa tạo ra năng lượng, vừa chuyển hóa chất thải phóng xạ có thời gian bán rã dài thành các đồng vị có thời gian bán rã ngắn hơn, ít nguy hiểm hơn.
Bên trong hệ thống ADS, máy gia tốc tuyến tính siêu dẫn sử dụng chùm tia proton cường độ cao để bắn phá mục tiêu là hợp kim chì-bismuth lỏng với tốc độ khoảng 80% tốc độ ánh sáng. Điều này tạo ra sự bùng nổ lượng lớn neutron. Các neutron sau đó tương tác với nhiên liệu hạt nhân trong lò phản ứng.
Lợi thế chính là hệ thống có thể chuyển đổi uranium-238, thường được coi là chất thải hạt nhân, thành plutonium-239, là nhiên liệu có giá trị. Hệ thống này được thiết kế để đốt uranium hiệu quả hơn gấp 100 lần so với các lò phản ứng thông thường, đồng thời biến “chất thải” thành năng lượng có thể sử dụng.
Lợi ích môi trường của hệ thống này có ý nghĩa rất lớn. Nhiên liệu hạt nhân chưa qua xử lý thường vẫn còn nguy hiểm trong khoảng hàng chục nghìn, thậm chí hàng trăm nghìn năm, nhưng công nghệ ADS có thể rút ngắn thời gian tồn tại của chất thải hạt nhân nguy hiểm đó xuống khoảng 300 năm.
Do hệ thống ADS có thể tái chế chất thải hạt nhân hiện có, đồng thời sản xuất năng lượng hiệu quả, các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này có thể cung cấp nguồn năng lượng “xanh” an toàn, ổn định, có khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người trong 1.000 năm tới.
Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu chuyên sâu hệ thống ADS từ năm 2011, đến năm 2021, họ phát triển nguyên mẫu lò phản ứng đầu tiên trên thế giới đạt cường độ vận hành phù hợp cho ứng dụng công nghiệp kể từ khi khái niệm về ADS hiện đại được đề xuất vào những năm 1980.
Giờ đây, với dự án quy mô megawatt ở tỉnh Quảng Đông sắp hoàn thành, dự kiến đi vào hoạt động năm 2027, Trung Quốc đang định vị vị thế ở hàng đầu trong công nghệ hạt nhân thế hệ mới, hướng tới chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín, nhằm tạo ra tương lai hạt nhân sạch và an toàn hơn.
