TRISO-X: Viên nhiên liệu nhỏ bằng trái bida là chìa khóa cho nguồn năng lượng hạt nhân an toàn

[trungthuc]

(Minh họa)
Nhiên liệu hạt nhân là một nguồn năng lượng có tiềm năng to lớn nhằm giải quyết bài toán năng lượng sạch của nhân loại. Tại Hoa Kỳ, trước đây việc nghiên cứu hình thành ra loại nhiên liệu này thường do các tổ chức của chính phủ đứng ra phụ trách, nhưng nay có nhiều công ty tư nhân đã nhảy vào làm như NuScale, Oklo và đặc biệt là X-energy. Là công ty chuyên sản xuất ra lò phản ứng cỡ nhỏ lẫn nguồn nhiên liệu cho các lò đó, X-energy đã nhận tài trợ từ Bộ Năng lượng Mỹ để chế tạo ra một loại "sạn" hạt nhân chịu nhiệt cao gọi là TRISO-X.

Để cho TRISO-X được Ủy ban Quản trị Hạt nhân Hoa Kỳ phê duyệt, họ vừa đem đi cho thử nghiệm 16 "viên nhiên liệu" này tại Phòng thí nghiệm Quốc gia ở Idaho (INL) trong vòng 13 tháng. Sau đó mới có thể đem cho sử dụng chúng cho các lò Xe-100 cũng do công ty này chế tạo. Chỉ nhỏ ngang một trái banh bida, mỗi viên TRISO-X có đường kính 60 mm với vỏ bên ngoài là một lớp đệm dày 5 mm gọi là vùng trống (không có chức nhiên liệu). Ở bên trong là khu vực chứa hàng ngàn hạt nhiên liệu TRISO nhỏ có đường kính chừng 0,8 mm. Theo X-energy thì có đến18 ngàn hạt trong một viên như vậy.

Bản thân những hạt này cũng có một số lớp đệm bảo vệ trước khi vào đến lõi chứa uranium: ngoài cùng là vỏ carbon dày 0,04 mm và có thể chịu được nguồn nhiệt đến 2,000°C, rồi đếni một lớp gốm silic cacbua (SiC) mỏng hơn nhưng siêu cứng và chịu nhiệt, sau đó lại có một lớp cacbon chịu nhiệt khác. Cuối cùng đi qua một lớp đệm xốp thì đến lõi, được làm bằng UCO (urani oxicacbua) hoặc UO₂ (urani oxit).

(Minh họa)
Một sự rủi ro lớn trong các biến cố hạt nhân truyền thống là sự tan chảy nhiên liệu, nhưng TRISO-X có khả năng hóa giải sự nguy cơ này. Nhờ lớp cacbon chịu nhiệt cao, lại thêm lớp đệm xốp giúp giảm áp lực, các hạt TRISO-X chịu được sức nóng đến 1,800 độ C nên khó bị tan chảy hay bị vỡ trong điều kiện cho vận hành bình thường. Mỗi hạt TRISO-X còn là một rào chắn giúp ngăn các sản phẩm phân hạch bị rò rỉ ra ngoài do có lớp silic cacbua kín như bưng. Công ty cho biết khi đưa vào sử dụng thì một lò phản ứng Xe-100 sẽ dùng đến 200 ngàn viên TRISO-X.

Một trong 16 viên TRISO-X được đem đi cho chiếu xạ thử (Minh họa)

Tại phòng thí nghiệm INL, các viên nhiên liệu TRISO-X sẽ được cho thử nghiệm trong lò phản ứng ở đó suốt 13 tháng. Họ sẽ chiếu xạ chúng dưới nhiều mức công suất, nhiệt độ và những mức độ tiêu hao khác nhau để mô phỏng các tình huống trong thực tế. Dù hơn 1 năm nữa mới có kết quả đánh giá, X-energy đã đón đầu sẵn khi đang cho xây dựng nhà máy TX-1 tại tiểu bang Tennessee để cho chế tạo ra các viên nhiên liệu độc đáo và an toàn này.

Theo Nucnet, X-energy.