Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đánh giá các sự cố hạt nhân theo thang điểm từ 0 đến 7, từ sai lệch nhỏ không đáng kể (cấp độ 0) đến tai nạn lớn (cấp độ 7), gây thiệt hại nặng nề cho con người và môi trường trên diện rộng. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hoạt động của lò phản ứng hạt nhân, sự cố tan chảy hạt nhân là gì và diễn ra như thế nào.

Bên trong lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động

Nhiệt bên trong lò phản ứng được kiểm soát đúng cách, giúp tạo ra điện. Ngược lại, nhiệt không được kiểm soát, có thể khiến chính lò phản ứng tan chảy, gây tai họa cho môi trường bằng bức xạ nguy hiểm. Về cơ bản, tất cả sự khác biệt là ở nhiệt. Đó là chìa khóa để hiểu cách lò phản ứng hạt nhân hoạt động tốt và cách lò phản ứng bị tan chảy xảy ra ở lò bị hỏng.

Trước tiên, hãy xem xét một nhà máy nhiệt điện đốt than cơ bản. Than được đốt để tạo ra nhiệt. Nhiệt đó đun sôi nước thành hơi nước giãn nở, có áp suất hướng đến một turbine, turbine này làm quay máy phát điện để tạo ra điện năng có giá trị.

Nhà máy điện hạt nhân hoạt động tương tự, chỉ có khác là nhiệt đến từ phản ứng phân hạch xảy ra trong lò phản ứng. Phân hạch là khi các nguyên tử của nhiên liệu (thường là uranium) liên tục phân tách, giải phóng rất nhiều năng lượng, dùng để sản xuất điện. Nhiệt đó chúng ta gọi là nhiệt phân rã.

Tất nhiên, bạn không muốn nhiệt độ bên trong lò phản ứng hạt nhân tăng quá cao, vì chúng có thể làm hỏng lò và giải phóng bức xạ có hại. Vì vậy, chất làm mát (thường là nước) bên trong lõi lò phản ứng được sử dụng, có tác dụng điều hòa nhiệt độ của các thanh nhiên liệu hạt nhân.

Giống như lái ô tô. Bạn không muốn động cơ ô tô quá nóng vì điều đó có thể làm hỏng nó. Tuy nhiên, điểm khác biệt là bạn có thể tắt máy xe, để động cơ nguội đi. Ô tô chỉ tạo ra nhiệt khi đang chạy và có thể duy trì trong một thời gian ngắn sau đó.

Các vật liệu phóng xạ bên trong lò phản ứng hạt nhân lại là một câu chuyện khác. Uranium và thậm chí cả các dụng cụ, bộ phận bị bức xạ sẽ tiếp tục tạo ra nhiệt phân rã, ngay cả khi người vận hành nhà máy đã ngắt tất cả hệ thống để ngừng phản ứng phân hạch, điều mà họ chỉ làm trong vài phút.

Bên trong lò phản ứng hạt nhân tan chảy

Trong sự cố tan chảy hạt nhân, lò phản ứng cháy ngoài tầm kiểm soát, gây hư hỏng lò do chính nhiệt của nó. Thông thường, điều này bắt nguồn từ sự cố mất/thiếu chất làm mát. Nếu quá trình lưu thông chất làm mát qua lõi lò phản ứng chậm lại hoặc dừng hẳn, nhiệt độ sẽ tăng lên.

● Tan chảy hạt nhân một phần

Những thứ đầu tiên tan chảy là các thanh nhiên liệu trong lò phản ứng. Nếu nhân viên nhà máy kịp khôi phục quá trình lưu thông chất làm mát tại thời điểm này thì vụ tai nạn chỉ là tan chảy hạt nhân một phần. Sự cố nhà máy Three Mile Island, Hoa Kỳ năm 1979 thuộc loại này: Lõi lò phản ứng số 2 tan chảy, nhưng lớp vỏ bảo vệ xung quanh lõi vẫn còn nguyên vẹn.

Mặc dù các thanh nhiên liệu hạt nhân bị hư hại và khí phóng xạ thoát ra một phần, nhưng cấu trúc bao bọc lò phản ứng đã ngăn chặn thành công sự cố tan chảy lõi hoàn toàn, có thể khiến nhiên liệu hạt nhân tan chảy qua bình chịu áp suất của lò phản ứng, phá vỡ lớp bao bọc, dẫn đến nguy cơ rò rỉ phóng xạ rộng rãi hơn.

● Tan chảy hạt nhân hoàn toàn

Nếu không được kiểm soát, sự cố tan chảy hạt nhân một phần có thể tồi tệ hơn, trở thành sự cố tan chảy hạt nhân hoàn toàn. Những tình huống như vậy trở thành cuộc chạy đua với thời gian khi các đội ứng phó khẩn cấp cố gắng làm mát phần còn lại của lõi, trước khi chúng tan chảy qua các lớp vỏ bảo vệ, thậm chí cả tòa nhà bao quanh.

Năm 1986, các đội ứng phó của Nga đã đuổi theo những tàn tích tan chảy của lõi lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân Chernobyl vào tầng hầm, đổ nước vào đó để làm mát vật liệu, trước khi chúng có thể đốt cháy tòa nhà bao quanh và gây ô nhiễm nước ngầm. Sau đó, lò phản ứng bị hư hại được che phủ bằng một quan tài bê tông, được gọi là “nơi trú ẩn Chernobyl”, để bao bọc vật liệu phóng xạ, ngăn chặn chúng phát tán.

Năm 2016, nơi trú ẩn Chernobyl được thay thế bằng Chernobyl New Safe Confinement (NSC), một công trình đồ sộ được thiết kế để bao bọc lò phản ứng bị hư hại, ngăn chặn việc phát tán vật liệu phóng xạ. Nó cung cấp một môi trường an toàn hơn, bảo mật hơn cho các nỗ lực dọn dẹp và tháo dỡ đang diễn ra.

Các sự cố tan chảy hạt nhân đáng chú ý

Các sự cố tan chảy hạt nhân đã định hình các quy định về an toàn hạt nhân, nhấn mạnh sự cần thiết của các biện pháp an toàn nghiêm ngặt, chuẩn bị ứng phó với tình huống khẩn cấp và hợp tác quốc tế trong sử dụng công nghệ hạt nhân vì mục đích hòa bình.

+ Tai nạn Three Mile Island (1979): Sự cố tan chảy hạt nhân một phần xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island ở Pennsylvania, Hoa Kỳ. Tai nạn này là kết quả của sự cố làm mát, gây ra những lo ngại đáng kể về an toàn, dẫn đến việc tăng cường giám sát theo quy định tại Hoa Kỳ.

+ Thảm họa Chernobyl (1986): Sự cố tan chảy hạt nhân thảm khốc tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, Ukraine đã giải phóng một lượng lớn bụi phóng xạ, gây tử vong nhiều người, các vấn đề sức khỏe lâu dài và tạo ra một vùng bị ô nhiễm cao. Sự cố này thúc đẩy những thay đổi đáng kể trong các quy định an toàn hạt nhân và hợp tác quốc tế về an toàn hạt nhân.

+ Thảm họa Fukushima Daiichi (2011): Sự cố xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi, Nhật Bản sau một trận động đất và sóng thần mạnh, làm gián đoạn hệ thống làm mát của nhà máy. Sự kiện này dẫn đến việc giải phóng vật liệu phóng xạ, buộc phải sơ tán người dân xung quanh và làm dấy lên những lo ngại về an toàn hạt nhân. Nó cũng dẫn đến việc đóng cửa các nhà máy điện hạt nhân ở Nhật Bản, để kiểm tra các quy định về an toàn hạt nhân.

Ngăn ngừa sự cố tan chảy hạt nhân

Nhà máy điện Fukushima Daiichi đã tự động nhấn chìm các thanh nhiên liệu khi tác động địa chấn gia tăng, về cơ bản đã ngăn chặn mọi phản ứng phân hạch trong vòng 10 phút. Nhưng các thanh nhiên liệu đó vẫn tạo ra nhiệt phân rã, đòi hỏi hệ thống làm mát phải liên tục duy trì hoạt động.

Để ngăn ngừa tai nạn tan chảy hạt nhân, người vận hành nhà máy phải chú ý khâu làm mát lõi lò, để kiểm soát tình hình trong lò phản ứng, ngay cả khi mọi phản ứng phân hạch đã ngừng lại. Nếu không, chúng sẽ đốt cháy bất cứ thứ gì bạn đặt vào trong đó. Điều này có nghĩa là phải xả nhiều chất làm mát hơn qua các thanh nhiên liệu quá nóng.

Nếu tan chảy một phần bắt đầu xảy ra, các thanh nhiên liệu sẽ sụp xuống. Nếu không được kiểm soát, các thanh nhiên liệu sẽ tan chảy, đọng lại ở đáy lõi lò phản ứng thành bùn nóng chảy. Bùn phóng xạ đó sẽ đặt ra thách thức làm mát thậm chí còn lớn hơn, phức tạp hơn.

Khâu bảo trì, vệ sinh thường xuyên lò phản ứng cũng rất quan trọng để sớm phát hiện các vấn đề rủi ro tiềm ẩn có thể xảy ra. Các lò phản ứng hạt nhân có vai trò quan trọng là tạo ra nhiệt. Việc kiểm soát, điều chỉnh nhiệt độ thích hợp trong lò phản ứng vừa có ý nghĩa tạo ra năng lượng, vừa nhằm đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống.