Lò phản ứng hạt nhân có bị tan
chảy và thoát phóng xạ?
Hai nhà khoa học là GS Ron Ballinger (ĐH MIT, Mỹ) và GS David Brenner (ĐH
Columbia, Mỹ) giải thích về hiện tượng tan chảy toàn phần và bán phần của lò phản ứng
hạt nhân.
Trước vụ nổ mới đây nhất và hỏa hoạn tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi, các
công nhân đã chạy đua để ngăn chặn sự tan chảy hoàn toàn, tờ The Daily Beast đã trao
đổi với Ron Ballier, GS khoa học hạt nhân tại ĐH MIT và David Brenner, Gíam đốc
Trung tâm nghiên cứu phóng xạ ĐH Columbia về sự khác nhau giữa tan chảy bán phần
và toàn phân, bùng nổ hydro và việc phóng xạ bị gió cuốn đi.
Quang cảnh sau vụ nổ thứ hai tại nhà máy hạt nhân
Fukushima Daiichi ở Okuma, Japan vào hôm
14/3. (Ảnh: Reuters)
Đâu là sự khác nhau giữa tan chảy toàn phần và bán phần
Brenner: Cả hai cách nói trên đều không phải là thuật ngữ kỹ thuật. Cái mà chúng ta đề
cập là lõi phóng xạ bên trong lò phản ứng hạt nhân - những lõi này cần được làm ngập
trong nước để giữ mát. Trong đó, tan chảy bán phần xảy ra khi một số điểm của lõi hạt
nhân không được bao phủ bởi nước và tan chảy toàn phần là khi toàn bộ lõi không ngập
nước. Tuy nhiên, hai cách nói rất sai.
Ballinger: Trong bối cảnh này, hai cụm từ nói về nhiên liệu bị phá hủy và tan chảy từng
phần. Nhiên liệu có thể bị oxi hóa và tan chảy đầu tiên tại các đầu lõi phóng xạ do nhiệt
độ tăng lên, gọi là tan chảy bán phần.
Tan chảy toàn phần là gì?
Ballinger: Nếu họ không liên tục làm mát lò phản ứng thì toàn bộ lõi sẽ tan chảy. Sau đó
nó sẽ làm nóng chảy đáy lò và cả những cấu trúc bao che chắc chắn nhất rồi thoát ra
ngoài. Đây là lúc người ta gọi là sự tan chảy toàn phần...
Hiện tượng tan chảy này có nguy hiểm không?
Brenner: Tất nhiên là không tốt lành chút nào! Bạn có thể so sánh hai sự cố hạt nhân lớn
trong quá khứ: nhà máy hạt nhân Chernobyl và Three Mile Island từng bị tan chảy nhưng
khác biệt về quy mô là rất lớn. Vụ tan chảy Chernobyl gấp 1 triệu lần Three Mile Island.
Vì vậy, vấn đề nằm ở chỗ có bao nhiêu năng lượng phóng xạ thoát ra ngoài môi trường.
Chúng ta có thể rơi vào tình huống của Three Mile Island với lượng phóng xạ phát tán rất
nhỏ hoặc một thảm cảnh kinh hoàng như Chernobyl.
Vậy Fukushima giống trường hợp nào?
Benner: Chắc chắn là giống Three Mile Island. Có nhiều sự tương đồng giữa hai trường
hợp này. Họ đã kịp thời đóng cửa lò phản ứng gần như ngay lập tức chứ ko như
Chernobyl - người ta không thể ngừng hoạt động lò phản ứng.
Một khi ngừng hoạt động, bên trong lò vẫn xảy ra phản ứng ở mức độ thấp, vì vậy cần
phải giữ nước bên trong lò. Điều không may xảy ra ở Three Mile Island cũng như ở Nhật
đó là họ đã không thể làm vậy vì hệ thống bơm nước làm mát cho lõi phóng xạ đã bị
hỏng vì động đất và sóng thần.
Làm mát
Tất cả các lò phản ứng Daiichi được đóng cửa tự động khi xảy ra địa chấn. Vấn đề là
phản ứng phân hạch không dừng lại ngay mà chỉ chậm dần, tiếp tục sản xuất năng lượng
và nhiệt độ rất lớn trong nhiều ngày. Thông thường, một hệ thống làm mát sẽ bơm nước
ngập lõi sau khi lò đóng cửa nhưng hệ thống bị mất điện năng, lần đầu là khi mạng lưới
điện thì cắt đứt, lần thứ hai là khi sóng thần tràn vào phá hủy máy phát điện diesel dự
phòng.
Hệ thống làm mát đã hỏng, điều gì sẽ xảy ra?
Lõi lò phản ứng sẽ ngày càng càng nóng. Vật liệu hạt nhân trong các trụ kim lại,
zirconium có thể phản ứng với nước ở nhiệt độ cao và sản sinh hydro - một thứ chất nổ
trong mộtt điều kiện nhất định. Vì vậy, khi hydro tích tụ hydro, nó cần được thoát ra
ngoài nhưng khi làm vậy, vật liệu phóng xạ cũng thoát ra không khí.
Ballinger: Có hai vector xảy ra. Có nhiệt độ phân rã phát sinh bởi những sản phẩm phân
hạch trong nhiên liệu, vì vậy nhiệt cần phải được loại bỏ. Nếu họ không thể loại bỏ nhiệt,
bên trong lò phản ứng sẽ bị nung nóng. Nhưng tỉ lệ nhiệt độ phân rã sẽ giảm dần theo
thời gian vì những sản phẩm phóng xạ phân hạch sẽ phân rã theo thời gian, như vậy
lượng nhiệt cần loại bỏ và lượng nước làm mát cũng giảm dần theo thời gian.
Một nguồn khác của vector là phản ứng giữa zirconium và nước. Hợp kim zirconium sẽ
phản ứng với nước tạo ra hydro và oxy, đồng thời tạo nhiệt cần loại bỏ. Vì vậy, một
nguồn nhiệt do sự phân rã của các sản phẩm phân hạch đang giảm theo thời gian và
nguồn nhiệt còn lại là một hàm số của nhiệt, cho nên bạn giảm nhiệt độ nghĩa là bạn cũng
giảm tốc độ oxy hóa. Cũng giống như việc nướng bánh. Nếu bạn đặt lò ở 300 độ, nó sẽ
nướng trong 30 phút; đặt lò ở 350 độ sẽ nướng trong 20 phút. Vì vậy, khi họ làm mát nhà
máy xuống, tỷ lệ oxy hóa cũng sẽ giảm. Và đó không phải là một hàm bậc nhất. Với mỗi
50 độ, bạn thay đổi tốc độ phản ứng theo hệ số 2.
Sơ đồ lò phản ứng hạt nhân (Ảnh:
LiveScience)
Có bất cứ dấu hiệu nào cho thấy họ đã thành công trong việc làm mát lò phản ứng?
Ballinger: Bạn có thể có thấy mức độ thành công bằng cách quan sát sự thường xuyên
của việc thoát khí - những khí không ngưng tụ gồm hydro và các khí khác. Thành công
trong việc làm mát không có nghĩa là không hao tốn nhiên liệu mà chỉ có nghĩa là tỷ lệ
oxi hóa đang giảm dần.
Có những vụ nổ tại lò phản ứng số 2 và 3 khi họ đã thoát khi cho chúng. Tại sao lại
như vậy? Làm cách nào để ngăn chặn các vụ nổ?
Ballinger: Bí quyết khi thoát khí đó là phải đảm bảo pha loãng nồng độ hydro dưới mức 5
- 6%, Vì vậy, tôi chắc chắn những gì họ đang làm là thoát khí chậm và dùng nhiều máy
thổi khuyết tán hydro để chúng không tập trung đậm đặc.
Tôi từng đọc rằng có nhiên liệu đã sử dụng được trữ gần các lò phản ứng. Trên thực tế,
việc lưu trữ như vậy có phổ biến không?
Ballinger: Đúng, có hai nơi người ta thường đặt nhiên liệu đã sử dụng. Khi nhiên liệu đã
sử dụng được lấy khỏi lò, chúng vẫn phát sinh nhiệt năng nên được đặt trong hồ đầy
nước. Sau một thời gian đủ lâu, họ sẽ lấy nhiên liệu ra và đặt trong các thùng xì măng
khổng lồ, vững chắc đến mức bạn có bắn một quả tên lửa cũng không có gì xảy ra. Nhiên
liệu được đặt trên các giá để làm mát bằng đối lưu tự nhiên.
Bức xạ
Các quan chức từng mở rộng bán kính vùng sơ tán xung quanh các lò phản ứng bị ảnh
hưởng. 3km ban đầu được mở rộng thành 10km, đến khi lò phản ứng nổ, bán kính là
20km. Sau đó, Ủy ban điều tiết hạt nhân Mỹ cho rằng phóng xạ không thể dạt tới bờ biển
phía Tây tới mức gây hại.
Lượng phóng xạ thải ra khi người ta thoát khí lò phản ứng có nguy hiểm không?
Brenner: Điều này phụ thuộc vào lượng phóng xạ thoát ra. Từ quan sát những dân cư
quanh vùng, có thể là không nguy hiểm. Nhưng tình huống vẫn tiếp diễn nên chúng ta
không biết chắc. Tuy nhiên, một tin tốt trong tình hình cam go này đó là gió đang thổi
phóng xạ trong không khí ra biển.
Liệu gió có thổi phóng xạ tới Bắc Mỹ?
Brenner: Có đấy, nhưng câu hỏi là bao nhiêu? Phóng xạ từ thảm họa Chernobyl đã lan
rộng hơn chúng ta hình dung. Bạn có thể phát hiện phóng xạ khắp nơi trên thế giới. Vấn
đề là bao nhiêu phóng xạ sẽ đến bờ Tây. Ngay bây giờ, nó hoàn toàn không đáng kể. Và
thậm chí trong một viễn cảnh tồi tệ nhất cũng rất khó hình dung rằng nó đáng kể. Khó
hình dung ai đó ở bờ Tây bị nhiễm phóng xạ đáng kể đơn giản vì khoảng cách quá xa:
Khi gió thổi phóng xạ xa hơn, nó sẽ càng lúc càng phân tán. Trường hợp xấu nhất vẫn
không thể giống với Chernobyl.