TiaSang
Thứ 3, Ngày 20 tháng 11 năm 2018
Khoa học và Công nghệ

BARC: Nhân tố cốt lõi của khoa học hạt nhân Ấn Độ

27/06/2018 09:30 - Anh Vũ

Đằng sau thành công của nền KH&CN hạt nhân Ấn Độ là nỗ lực của các viện nghiên cứu và các công ty spinoff do Bộ Năng lượng nguyên tử (NLNT) Ấn Độ thiết lập, trong đó Trung tâm nghiên cứu nguyên tử Bhabha (BARC) đóng vai trò cốt lõi.


Thủ tướng Ấn Độ Narendra Modi tới thăm và làm việc tại BARC. Nguồn: Business Standard.

Được Homi J Bhabha thành lập năm 1954 với tên gọi ban đầu Cơ sở nghiên cứu NLNT Trombay (AEET), Trung tâm đã tập hợp tất cả các nhà khoa học và kỹ sư trong lĩnh vực thiết kế và xây dựng lò phản ứng, thiết bị, luyện kim, khoa học vật liệu từ Viện nghiên cứu cơ bản Tata (TIFR) để trực tiếp hỗ trợ chương trình điện hạt nhân của đất nước. Một năm sau khi Homi J Bhabha qua đời vì tai nạn máy bay trên dãy Alps, Thủ tướng Indira Ganhdi đã đổi tên AEET thành Trung tâm nghiên cứu nguyên tử Bhabha (BARC) để ghi nhớ công lao của người sáng lập.  

Mang “cái mũ” khiêm tốn là trung tâm nhưng tổ chức nghiên cứu đa ngành về KH&CN hạt nhân và các lĩnh vực liên quan này lại là một viện nghiên cứu tầm cỡ quốc tế. Giáo sư Phạm Duy Hiển từng nhận xét trên Tia Sáng năm 2006: “Hai Viện nghiên cứu cơ bản Tata và Trung tâm nghiên cứu nguyên tử do Bhabha dựng lên ở Mumbai là sự tương phản kỳ lạ giữa hoạt động học thuật cao siêu với tình trạng nghèo khó lam lũ của đám dân sống nheo nhóc trong lều bạt dựng ngay trên đường phố. Đem mô hình phương Tây đặt lên một đất nước có mức sống ngót một trăm lần thấp hơn, các viện khoa học hàng đầu của Ấn Độ không hề nhân nhượng trước áp lực hạ thấp thang giá trị và chuẩn mực quốc tế trong nghiên cứu khoa học” 1.

Đầu tư đỉnh cao để làm khoa học

Với mục tiêu làm chủ công nghệ hạt nhân tiên tiến và thực hiện bằng được chu trình nhiên liệu hạt nhân kín, hằng năm Chính phủ Ấn Độ đã dành một khoản ngân sách lớn lên tới vài trăm triệu USD 2- tức là ở hàng top của các cơ sở nghiên cứu do Bộ NLNT Ấn Độ quản lý, để đầu tư cho hệ thống cơ sở vật chất, các dự án nghiên cứu cũng như chi thường xuyên cho BARC. “Tuy chưa thể so được với những quốc gia hàng đầu về KH&CN hạt nhân như Mỹ, Nga, nhưng Ấn Độ đã cố gắng hết mức có thể để đầu tư xứng đáng cho NLNT nói chung và Trung tâm BARC nói riêng”, TS. Trần Chí Thành, Viện trưởng Viện NLNT Việt Nam, nói.

Với khoản đầu tư này, BARC có thể thực thi một chính sách đãi ngộ ở mức cao so với nhiều cơ sở nghiên cứu khác của chính phủ. Là một trong số các cán bộ Việt Nam sang Trung tâm BARC, Ấn Độ thực tập ngắn hạn vào năm 2000, TS. Lê Văn Hồng (Viện NLNT Việt Nam) cho biết, mức lương thời kỳ đó của các cán bộ BARC đã gấp 4, 5 lần so với mặt bằng chung và khi trở thành thành viên chính thức của Trung tâm (Scientific Officer) thì có thể yên tâm về chế độ đãi ngộ.

Tuy nhiên để được vào làm việc ở BARC cũng không phải đơn giản. Trước khi chính thức được vào làm việc tại đây, ai cũng phải trải qua khóa đào tạo kéo dài một năm - khóa đào tạo truyền thống Training School mà Homi J Bhabha đã từng áp dụng từ năm 1957 để đào tạo nhân lực cho chương trình điện hạt nhân (Viện NLNTVN cũng có Trung tâm đào tạo hạt nhân theo cách thức tương tự từ năm 2010), sau đó BARC sẽ tiếp tục tuyển chọn, sàng lọc. Vào tháng 4 hằng năm, thời điểm Trung tâm BARC tổ chức thi tuyển vào khóa đào tạo, có hàng nghìn hồ sơ đăng ký dự tuyển nhưng kết thúc khóa học, thông thường chỉ có khoảng hơn 100 người còn trụ lại. Đây là một trong những lý do khiến BARC có thể thu hút được những nhà nghiên cứu trẻ và tài năng để bổ sung vào đội ngũ nghiên cứu lên tới hàng nghìn người của mình. Và kết quả là “hầu hết các nhà nghiên cứu của BARC mà tôi tiếp xúc trong thời gian thực tập tại đây đều là những người giỏi về chuyên môn, nắm rất chắc kiến thức cơ bản và có tinh thần sáng tạo”, TS. Lê Văn Hồng – người từng được đào tạo về công nghệ nhà máy điện hạt nhân tại trường Đại học Năng lượng Moskva (MEI), Nga, nhận xét.


Tương tự như Viện liên hợp hạt nhân Dubna (Nga), Trung tâm BARC không chỉ quy tụ những người làm khoa học xuất sắc trong lĩnh vực KH&CN hạt nhân mà còn có một hệ thống cơ sở vật chất tiên tiến được tích lũy qua nhiều thế hệ. Nhận xét về hệ thống cơ sở vật chất của BARC trên Physies Today, nhà vật lý hạt nhân Siegfried Hecker, cựu giám đốc Phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Los Alamos, nói một cách khách quan: “Quy mô và chức năng của các thiết bị thực nghiệm hạt nhân của họ không chỉ tương đương như những thiết bị hiện có ở Nga mà còn vượt qua cả nhiều thiết bị tương tự ở Mỹ” 3. Vì thế hầu như những vấn đề liên quan đến lò phản ứng nghiên cứu của BARC đều được quyết định một cách nhanh chóng. Trường hợp APSARA, lò phản ứng nghiên cứu đầu tiên của Ấn Độ, là một ví dụ: Homi J Bhabha đề xuất ý tưởng và được chính phủ phê duyệt vào tháng 3/1956, hai tháng sau đã lựa chọn được địa điểm xây lò, hai tháng tiếp hoàn thành thiết kế; tới tháng 7/1956, BARC khánh thành lò và tiến hành nạp nhiên liệu lần đầu. Việc đích thân Thủ tướng đương nhiệm lúc đó là Nehru tới dự lễ khánh thành cũng cho thấy Chính phủ Ấn Độ coi trọng việc đầu tư cho Trung tâm BARC như thế nào (ông đã ví những tia sáng xanh phản chiếu bức xạ Cherenkov từ lò phản ứng với vẻ đẹp của tiên nữ Apsara trong Ấn Độ giáo nên lò phản ứng đầu tiên của Ấn Độ đã được mang tên APSARA) 4.    

Sau mốc khởi điểm APSARA, Trung tâm BARC đã tiếp tục có nhiều lò phản ứng nghiên cứu đa dạng về nhiên liệu sử dụng, chất làm mát và nhiều tính năng để phục vụ các mục tiêu khác nhau như đào tạo, phân tích kích hoạt neutron, chụp ảnh neutron, nghiên cứu đặc tính vật liệu, sản xuất đồng vị phóng xạ…, đó là lò nước nặng CIRUS (trên cơ sở thiết kế của Canada) năm 1960, lò neutron nhiệt ZERLINA năm 1961, lò neutron nhiệt DHRUVA năm 1970, lò neutron nhanh PURNIMA-I năm 1972, lò neutron nhiệt PURNIMA-II, III và KAMINI lần lượt năm 1984, 1990, 1993. Kinh phí xây dựng các lò phản ứng này không nhỏ, ví dụ theo số liệu của TS. K S Parthasarathy – cựu tổng thư ký Ban điều hành NLNT (Bộ NLNT Ấn Độ) thì giá thành CIRUS trong những năm 1960 vào khoảng 14,14 triệu USD nhưng theo nhận định của ông trên tờ The Hindu “những kinh nghiệm thu được trên lò phản ứng này là vô giá” 5. Ngay từ thời điểm lựa chọn công nghệ PHWR, Bhabha đã thấy đây là công cụ rất mạnh để Ấn Độ nghiên cứu về công nghệ hạt nhân. Ngày nay, PHWR là loại công nghệ chính của chương trình điện hạt nhân nước này.

Nghiên cứu ở tầm thế giới 

Trong chương trình điện hạt nhân ba giai đoạn do Homi J Bhabha đề ra, vấn đề làm chủ công nghệ lò PHWR, chu trình nhiên liệu kín, thu hồi uranium đã qua sử dụng và nghiên cứu về thorium… – nguồn nguyên liệu cho PHWR mà Ấn Độ có trữ lượng lớn, đã được giao cho BARC. Những hiểu biết về PHWR không chỉ giúp Ấn Độ có thể thiết kế và vận hành trên hệ thống PHWR mà còn là cơ sở để cải tiến một loại lò mới – lò phản ứng nước áp lực cải tiến APHWR. Khi thiết kế loại lò này, BARC muốn chứng minh khả năng thương mại của nhiên liệu thorium, khả năng sử dụng nhiên liệu một cách hiệu quả và khả năng xử lý chất thải hạt nhân ở tiêu chuẩn cao dù điều kiện cơ sở hạ tầng còn thấp. Một trong những vấn đề trọng yếu của công nghệ lò APHWR là sử dụng nhiên liệu hỗn hợp với thorium-plutonium hoặc thorium-U233 (Ấn Độ đã thiết kế lò AHWR 300 MW sử dụng nhiên liệu có độ giàu thấp thorium-U233 để dành riêng cho mục tiêu xuất khẩu công nghệ).

Để giải quyết được vấn đề chu trình nhiên liệu cho các lò này, cũng như cho lò phản ứng tái sinh nhanh – FBR, Trung tâm BARC đã thực hiện nhiều nghiên cứu về thorium để có thể tận dụng tốt nguồn nguyên liệu có sẵn trong nước, sản xuất nhiên liệu tại Tổ hợp Nhiên liệu hạt nhân (Nuclear Fuel Complex NFC) và tái chế trong Cơ sở tái chế thorium cho lò phản ứng năng lượng (PRTRF). Những dự án nghiên cứu này không chỉ đem lại cho Trung tâm BARC các sản phẩm công nghệ mà còn đi kèm công bố quốc tế - yếu tố quan trọng để đưa Ấn Độ vào top 5 quốc gia nghiên cứu về thorium hàng đầu thế giới. Theo công bố “Dữ liệu thế giới về nghiên cứu thorium: một nghiên cứu về trắc lượng khoa học trên cơ sở chỉ mục trích dẫn khoa học” (World literature on thorium research: A scientometric study based on Science Citation Index) trên tạp chí Scientometrics thì ở phương diện quốc gia, Ấn Độ đứng ở vị trí thứ hai thế giới sau Mỹ về số lượng công bố nhưng về đơn vị nghiên cứu, Ấn Độ là số một khi Trung tâm BARC vượt qua cả Phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Los Alamos (nơi có nguồn nhân lực trên 4000 người và kinh phí đầu tư cho nghiên cứu 1,6 tỷ USD hằng năm) và dẫn đầu 2059 tổ chức nghiên cứu trên thế giới với 153 tác giả có công bố. Tác giả có nhiều công bố nhất giai đoạn này cũng là người Ấn Độ (39 bài) 6.  

Một trong những vấn đề về công nghệ hạt nhân khác mà Trung tâm BARC giải quyết được là đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả hệ thống lò phản ứng năng lượng. Bằng chứng là trong suốt các năm quản lý và vận hành lò phản ứng năng lượng cũng như lò nghiên cứu, Ấn Độ chưa để xảy ra sai sót lớn nào. Trong công bố “An toàn trong các nhà máy điện hạt nhân Ấn Độ” (Safety in nuclear power plants in India) trên tạp chí Indian J Occup Environ Med năm 2008, R. Deolalikar nêu kỷ lục của Ấn Độ là 277 năm vận hành an toàn lò phản ứng năng lượng (reactor years of operation).

Ông S A Bhardwaj  - chủ tịch Cơ quan An toàn hạt nhân Ấn Độ và giám đốc kỹ thuật Công ty điện hạt nhân Ấn Độ (NPCIL) cho biết, trong thiết kế lò PHWR, việc làm mát lõi lò dựa vào dòng chảy đối lưu tự nhiên của chất làm mát thông qua các thiết bị sinh hơi và chế độ làm mát này vẫn có thể được duy trì ngay cả trong tình trạng sự cố mất điện toàn nhà máy (Station Black Out SBO). Hiệu quả của nó đã được chứng minh với trường hợp mất điện suốt 17 giờ dẫn đến phát hỏa trong phòng turbine (turbine hall) ở tổ máy số 1 của nhà máy điện hạt nhân Narora năm 1993 nhưng hệ thống làm mát vẫn được duy trì; cũng như trường hợp nhà máy điện hạt nhân MAPS tại Kalpakkam – khu vực bờ biển đông nam Ấn Độ, vẫn đứng vững trong đợt sóng thần năm 26/12/2004. Nhà máy tự động dừng hoạt động khi mực nước bắt đầu dâng cao trong khu vực dẫn nước vào (intake pump house) nên không xảy ra hiện tượng rò rỉ phóng xạ. Sáu ngày sau, nhà máy này đã có thể hoạt động trở lại.

Đội ngũ phân tích an toàn của Trung tâm BARC đều là những người có tầm nhìn rất rộng, không chỉ tập trung vào giải quyết những vấn đề của hệ thống các lò phản ứng năng lượng trong nước mà còn hướng đến những vấn đề xảy ra ở nước ngoài để mở rộng kinh nghiệm và hiểu biết của mình. Theo ông S A Bhardwaj, sau thảm họa động đất và sóng thần dẫn đến tai nạn nhà máy điện hạt nhân Fukushima ở Nhật Bản vào tháng 3/2011, các chuyên gia BARC cũng đã phân tích sự cố trên nhiều hướng để giải đáp vấn đề: liệu một Fukushima như vậy có thể xảy ra ở Ấn Độ? Thông qua những nghiên cứu như vậy, họ cũng củng cố thêm năng lực phân tích an toàn và đáp ứng được các yêu cầu thực tế trong vận hành lò phản ứng năng lượng.

Trong thời gian 3 tháng thực tập về phân tích an toàn hạt nhân ở Trombay, TS. Lê Văn Hồng cho biết, các chuyên gia BARC “có nhiều chương trình tính toán rất hiện đại ở thời điểm đó mà Việt Nam mới chỉ biết qua sách báo chứ chưa được tiếp cận trực tiếp, trong đó có chương trình của Mỹ và các chương trình họ tự phát triển”. Tham gia vào nhóm phân tích an toàn của BARC, ông nhận thấy, họ sẵn sàng cung cấp thông tin, dữ liệu và cởi mở trong trao đổi chuyên môn, “dù trình độ của họ cao hơn mình rất nhiều”.

 

BARC là một trung tâm nghiên cứu đa ngành với nhiều hoạt động nghiên cứu triển khai trong nhiều lĩnh vực: công nghệ lò AHWR; công nghệ lò phản ứng cải tiến và điện hạt nhân; điện tử, thiết bị đo và máy tính; nhiên liệu hạt nhân; tái chế và quản lý chất thải hạt nhân; công nghệ và khoa học vật liệu; công nghệ và kỹ thuật hóa chất; vật lý; hóa học; y tế, thực phẩm và nông nghiệp. Nhiều sản phẩm nghiên cứu của BARC như vật liệu thép và hợp kim đã được ứng dụng ngoài lĩnh vực công nghệ hạt nhân, ví dụ các ống thép không rỉ Ti 316 để sản xuất thiết bị của lực lượng hải quân và ống thép không rỉ 321 để sản xuất máy bay chiến đấu hạng nhẹ.

 

—-
1. http://tiasang.com.vn/-dien-dan/khoa-hoc-la-van-hoa-van-hoa-lam-khoa-hoc-239
2. https://openbudgetsindia.org/ dataset/ atomic-energy-2018-19
3. http://www.barc.gov.in/publications/tb/apsara.pdfc
4.http://www.thehindu.com/sci-tech/50-years-of-CIRUS-some-unforgettable-memories/article15603073.ece  
5. https://www.theguardian.com/environment/2011/nov/01/homi-bhabha-india-thorium-nuclear
6. https://link.springer.com/article/10 1007/s11192-006-0157-2