Lò phản ứng mô đun nhỏ (SMR) là loại lò phản ứng hạt nhân có kích thước nhỏ hơn các lò phản ứng truyền thống, được lắp ráp tại một nhà máy và mang đến một địa điểm để lắp đặt. Các lò phản ứng mô đun nhỏ cho phép giảm thiểu thời gian xây dựng tại địa điểm vận hành, tăng hiệu quả ngăn chặn và nâng cao tính bảo mật của các vật liệu hạt nhân. Các SMR được đề xuất như một giải pháp để có thể vượt qua các rào cản về tài chính mà các lò phản ứng truyền thống gặp phải. Hiện nay đã có một số thiết kế cho SMR, từ việc giảm kích thước của các lò phản ứng truyền thống đến việc thiết kế mới hoàn toàn theo công nghệ lò thứ IV

Các lò phản ứng SMR có thể được lắp đặt trên các con tàu có khả năng di chuyển nhằm cung cấp điện cho hải đảo xa bờ, giàn khoan trên biển hay những vùng ven biển nhưng khó lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy điện. Đây chính là các trạm năng lượng hạt nhân nổi (FNPP). FNPP đầu tiên được biết đến là tàu USS Sturgis, cấp điện ở vùng kênh đào Panama trong giai đoạn 1967 đến 1976. Tuy nhiên, sau sự cố Three Mile Island, do lo ngại về tính an toàn và an ninh nên sự phát triển của FNPP bị dừng lại một thời gian dài

Với tình hình an ninh năng lượng trong nước cũng như các diễn biến trên biển Đông, việc tìm hiểu các công nghệ SMR và FNPP có ý nghĩa cả về kinh tế lẫn chính trị đối với nước ta. Qua đó đưa ra các giải pháp cho vấn đề thiếu điện trên đất liền và cung cấp điện năng cho kinh tế biển và hải đảo. Vì thế, nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân do ThS. Trần Việt Phú dẫn đầu, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và an toàn trạm năng lượng hạt nhân nổi sử dụng lò mô đun nhỏ” từ năm 2019 đến năm 2020.

Đề tài hướng đến thực hiện các mục tiêu sau: làm rõ thiết kế khái niệm hệ thống công nghệ trạm năng lượng hạt nhân nổi sử dụng lò mô đun nhỏ; làm rõ các khía cạnh đảm bảo an toàn, an ninh của trạm năng lượng hạt nhân nổi sử dụng lò mô đun nhỏ; và xây dựng tiềm lực nghiên cứu công nghệ, tính toán và thiết kế lò mô đun nhỏ sử dụng trong trạm năng lượng hạt nhân nổi.

Dưới đây là một số kết quả nổi bật của đề tài:

- Đã tổng quan của các công nghệ lò phản ứng mô đun nhỏ trên thế giới. Các khái niệm và đặc trưng của lò phản ứng mô đun nhỏ, trạm năng lượng hạt nhân nổi cũng được đề cập. Các lò phản ứng mô đun nhỏ hiện nay đang được quan tâm nhiều do chúng có ưu điểm về kích thước, giá thành xây dựng, chu trình nhiên liệu dài ngày hay khả năng giảm thiểu chất thải ra môi trường. Ngoài ra, khi đặt các lò phản ứng mô đun nhỏ lên các xà lan hoặc tàu, chúng có thể trở thành các trạm năng lượng hạt nhân nổi, phục vụ nhu cầu cung cấp điện cho các vùng xa xôi, đồng thời phát điện và nhiệt hoặc khử mặn nước biển để cung cấp nước sinh hoạt cho dân cư khu vực xung quanh.

- Đã trình bày các quy chuẩn, quy định đảm bảo an toàn và an ninh của FNPP. Do đặc trưng của SMR và FNPP, vấn đề an toàn và an ninh của cho một đối tượng này liên quan đến nhiều quốc gia cùng lúc: quốc gia cung cấp, quốc gia vận hành, quốc gia vận chuyển ngang quan cũng như các quy định quốc tế. Tuy nhiên, do đây là một công nghệ chưa được phổ biến nên các văn bản pháp quy quốc tế mà cụ thể là của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) vẫn chưa được xây dựng một cách đầy đủ và hệ thống. Hiện tại đối với vấn đề an toàn, an ninh của đối tượng này, IAEA vẫn chủ yếu dựa trên Công ước bảo vệ thực thể nhiên vật liệu hạt nhân và cơ sở hạt nhân (CPPNM). Ngoài ra, tổ chức hàng hải quốc tế (IMO) ban hành các tiêu chuẩn quốc tế về vận chuyển hàng hoá nguy hiểm theo Công ước quốc tế về an toàn hàng hải, trong đó có vận chuyển vật liệu hạt nhân. Ngoài ra, IAEA cũng phát hành một ấn phẩm mô tả các vấn đề pháp lý và thể chế đối với việc triển khai FNPP ở các quốc gia khác với quốc gia xuất xứ, tiết lộ những thách thức có thể phải đối mặt khi triển khai chúng và vạch ra các lộ trình giải quyết các vấn đề và thách thức đã xác định ngắn hạn và dài hạn.

- Đã nghiên cứu về cấu trúc và các thông số vật lý của nhiên liệu, vùng hoạt và hệ thống an toàn thủy nhiệt của lò mô đun nhỏ sử dụng trong FNPP mà cụ thể là lò phản ứng NuScale và lò phản ứng ACPR50S. Đối với lò ACPR50S, cấu hình nạp tải được tìm thấy bằng phương pháp ESA có đầy đủ các đặc trưng đã biết của lò ACPR50S. Vùng hoạt tối ưu thu được với số lượng bó nhiên liệu F445, F340 và F235 lần lượt là 16, 12 và 9. Chiều dài chu kỳ của vùng hoạt tối ưu là 900 EFPDs, trong khi PPF là 1,377 và độ giàu trung bình là 3,505% khối lượng. Hệ số nhiệt độ nhiên liệu và nhiệt độ nước làm mát âm đã được xác nhận.

Trong thời gian tới, nhóm dự định sẽ nghiên cứu sâu hơn về SMR và FNPP, tiến tới việc tự thiết kế công nghệ SMR và FNPP của Việt Nam. Điều này sẽ giúp nâng cao năng lực cho nhóm nghiên cứu, sẵn sàng cho việc hỗ trợ phân tích đánh giá các công nghệ FNPP của các nước láng giềng và chuẩn bị sẵn sàng nếu Việt Nam xem xét quay lại chương trình điện hạt nhân.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20107/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)