TiaSang
Thứ 5, Ngày 17 tháng 10 năm 2019
Khoa học và Công nghệ

Dự án Đột phá - Tạo nền tảng công nghệ hạt nhân thế hệ mới

17/09/2018 13:30 -

LTS: Trong chuyến thăm và làm việc tại LB Nga từ ngày 5 đến 7/9 của Tổng bí thư Nguyễn Phú Trọng, Bộ KH&CN và Rosatom - Tập đoàn năng lượng hạt nhân quốc gia Nga, đã ký biên bản ghi nhớ về định hướng dư luận đối với dự án Trung tâm KH&CN hạt nhân quốc gia. Nhân dịp này, Báo Khoa học và Phát triển giới thiệu với bạn đọc dự án Đột phá (Proryu) - một phần của Chương trình Mục tiêu quốc gia: Các công nghệ hạt nhân tiên tiến 2010-2020 do Rosatom bắt đầu thực hiện từ năm 2011 để có thêm những hiểu biết mới về nền KH&CN hạt nhân Nga.

Mô hình lò phản ứng neutron nhanh tiên tiến. Nguồn: Sputnik

Rosatom - nhà công nghệ hàng đầu thế giới về công nghệ hạt nhân, đã đặt cho mình mục tiêu tạo ra một nền tảng các công nghệ hạt nhân thế hệ mới trên cơ sở chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín (nuclear fuel cycle) sử dụng trong lò phản ứng neutron nhanh. Để đạt mục tiêu này, Rosatom đã bắt tay thực hiện dự án Đột phá - một trong những dự án tham vọng bậc nhất thế giới trong lĩnh vực công nghệ hạt nhân.

Những thách thức về công nghệ

Những ý tưởng ban đầu về dự án Đột phá đã xuất hiện từ nhiều năm trước, khi các chuyên gia hạt nhân của Rosatom nhận thấy, sự phục hưng của điện hạt nhân vào những năm 2000 có thể dẫn đến hai khả năng: tăng giá thành uranium và cạn kiệt nguồn uranium trong tự nhiên. Vì vậy, họ đã nghĩ đến một phương án tối ưu các nguồn lực hiện có với một chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín, nhiên liệu có khả năng tái sử dụng nhiều lần và áp dụng trên lò phản ứng neutron nhanh.

Được Rosatom đề xuất với chính phủ, Đột phá trở thành một phần của Chương trình Mục tiêu quốc gia: Các công nghệ hạt nhân tiên tiến giai đoạn 2010-2020 bởi nó không chỉ đem lại khả năng làm chủ những công nghệ đột phá mà còn đem lại lợi thế cho Nga trên thị trường năng lượng hạt nhân thế giới.

Trên trang web dự án, ông Vyacheslav Pershukov- Phó tổng giám đốc Rosatom và Giám đốc bộ phận Đổi mới sáng tạo của Rosatom, nhấn mạnh đến mục tiêu tập đoàn đặt ra: “Dự án Đột phá mà chúng tôi đang thực hiện ngày hôm nay sẽ đem đến khả năng tương thích về môi trường giữa việc phát điện năng và tái chế chất thải nhờ chu trình nhiên liệu hạt nhân kín ở mức cao hơn trên lò tái sinh nhanh. Công nghệ này sẽ cho phép chuyển đổi sang một nền tảng mới của các hệ thống điện hạt nhân đi kèm với việc giảm thiểu chất thải phóng xạ và hoàn thiện nguyên tắc của cân bằng phóng xạ tự nhiên”.

Bản thân chu trình nhiên liệu khép kín đã là một vấn đề hết sức phức tạp về công nghệ nhưng tái sử dụng nhiên liệu nhiều lần còn phức tạp hơn - Nga là một trong số vài quốc gia có đủ khả năng làm chủ trọn vẹn chu trình này, cùng với Mỹ, Canada, Ấn Độ, Pháp.

Để giải quyết vấn đề thách thức này, Rosatom đã tập hợp một đội ngũ nhà nghiên cứu, kỹ sư của hơn 20 viện nghiên cứu Nga cũng như các chuyên gia từ các trường đại học hàng đầu đất nước, đặc biệt là trường Đại học Quốc gia Moscow, MIPT và MEPhI, đồng thời lên kế hoạch xây dựng một tổ hợp mang tên ODEK tại Công ty liên hợp hóa chất Siberia ở Seversk vùng Tomsk - một công ty con của Công ty nhiên liệu hạt nhân TVEL trực thuộc Rosatom - và một lò phản ứng nghiên cứu neutron nhanh MBIR.

Đổi mới sáng tạo trong cách tiếp cận và quản lý dự án

Ở các dự án nghiên cứu về công nghệ hạt nhân trước, Rosatom thường thành lập các công ty mới phụ trách từng vấn đề cụ thể. Đây cũng là cách làm của nhiều quốc gia trên thế giới bởi các dự án về công nghệ hạt nhân không chỉ phức tạp mà còn đòi hỏi sự triển khai trên thực tế trước khi được cấp giấy phép về an toàn pháp quy, về thương mại…

Tuy nhiên, phương pháp tiếp cận này thường đi kèm với việc phát sinh chi phí và làm gia tăng sự cồng kềnh của bộ máy hành chính. Với kinh nghiệm về quản lý các dự án về công nghệ hạt nhân hàng đầu thế giới, Rosatom đã triển khai một chu trình quản lý mới vừa đảm bảo công việc được “chạy” tốt, vừa tối ưu hóa các sản phẩm R&D mà không làm gia tăng chi phí quản lý: thay vì các công ty mới, họ lập các Trung tâm Trách nhiệm (Responsibility Centres RC).

Vậy các Trung tâm Trách nhiệm này có điểm gì mới? Mỗi trung tâm thường bao gồm một bộ phận chuyên trách của một công ty trực thuộc Rosatom với một nhóm chuyên gia trình độ cao ở các trường, viện nghiên cứu để thực hiện các mục tiêu R&D riêng biệt. Nhiệm vụ của họ là quản lý các vấn đề lò phản ứng nghiên cứu, phát triển các công nghệ về nhiên liệu uranium-plutonium, tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng (SNF), quản lý chất thải phóng xạ, phát triển các mã chương trình thế hệ mới đang được áp dụng tại Rosatom. Dữ liệu của các Trung tâm Trách nhiệm này đều được tích hợp và đặt dưới sự quản lý về khoa học và hành chính của Trung tâm Đổi mới sáng tạo và công nghệ cho dự án Đột phá (ITCP).

Công ty TVEL thử nghiệm thành công nhiên liệu hỗn hợp cho lò nghiên cứu neutron nhanh làm mát bằng chì. Nguồn: Sputnik

ITCP quản lý 9 trung tâm trách nhiệm:

1. Trung tâm Phát triển các công nghệ tái xử lý SNF và quản lý chất thải phóng xạ với mục đích chính là phát triển các công nghệ lõi và cơ sở thực nghiệm cho module tái xử lý (RM) của tổ hợp năng lượng thí điểm (PDEC) - phần không thể thiếu để phát triển an toàn hạt nhân trên quy mô lớn ở Nga.

2. Trung tâm Phát triển, sản xuất và vận hành thử các dây chuyền sản xuất thử nghiệm cho chu trình nhiên liệu hạt nhân tại chỗ nhằm giám sát quá trình thực hiện và việc tuân thủ các yêu cầu trong quá trình phát triển, sản xuất và vận hành tại các cơ sở.

3. Trung tâm tích hợp có nhiệm vụ tạo ra một nguồn thông tin có cấu trúc thống nhất về dự án Đột phá với dự tính chi phí tối ưu về thiết kế, kỹ thuật và tài liệu kỹ thuật cho các cơ sở nghiên cứu, sản xuất. Cách tiếp cận này khiến các chuyên gia có thể mô phỏng một vòng đời sản phẩm để phân tích trước khi đưa nó vào vận hành để tối ưu nó về mặt kỹ thuật cũng như đưa ra các phương án về tháo dỡ sau khi sử dụng hoặc tái khôi phục nó.

4. Trung tâm phụ trách yếu tố nhiên liệu hỗn hợp nitride uranium-plutonium (MNUP), phát triển công nghệ chế tạo (nhiên liệu nặng và CM) đặt tại Viện nghiên cứu quốc gia về vật liệu vô cơ Bochvar nhằm phát triển các yếu tố nhiên liệu và tổ hợp nhiên liệu với nhiên liệu MNUP, cũng như các công nghệ tương ứng cần thiết cho chế tạo và những vật liệu tạo ra nhiên liệu cần thiết.

5. Trung tâm BRESR được đặt tại JSC NIKIET - công ty chuyên cung cấp công nghệ và thiết bị hạt nhân của Rosatom, nhằm phát triển dự án thành phần: phát triển lò phản ứng BREST-OD-300, nơi triển khai các kỹ thuật chính sẽ sử dụng trên các lò phản ứng làm mát bằng chì với một chu trình nhiên liệu khép kín và những ý tưởng cơ bản về an toàn vốn có.

6. Trung tâm BN -1200 đặt tại JSC Afrikantov OKBM với mục tiêu chính là phát triển các vật liệu của các lò phản ứng năng lượng thế hệ tiếp theo với lò phản ứng neutron nhanh làm mát bằng muối BN-1200.

7. Trung tâm Mã thế hệ mới được thành lập với sự tham gia của Viện An toàn hạt nhân (Viện Hàn lâm KH Nga) nhằm phát triển các mã máy tính toàn cầu cho các mô hình vận hành khác nhau ở các nhà máy điện hạt nhân của Nga, các lò phản ứng nhanh làm mát bằng kim loại lỏng, các cơ sở nghiên cứu chu trình nhiên liệu kín cũng như đánh giá tác động của các cơ sở này lên môi trường và con người.

8. Trung tâm Mã dự án đặt tại Viện nghiên cứu Vật lý và kỹ thuật điện phát triển các mã dự án.

9. Trung tâm Kỹ thuật thiết kế PDEC và IEC phụ trách phần kỹ thuật thiết kế tổ hợp năng lượng thí điểm (PDEC) và phát triển tổ hợp năng lượng trên quy mô công nghiệp (IEC).

Do được xây dựng trong thời kỳ bùng nổ về khoa học máy tính và khoa học dữ liệu, việc chia sẻ thông tin và hợp tác giữa các Trung tâm đều được thực hiện qua một Không gian thông tin chia sẻ (SIS) – nơi kết hợp các kênh truyền dữ liệu, phần mềm, cơ sở hạ tầng và cho phép phát triển, chỉnh sửa và sử dụng các mô hình thông tin của dự án cũng như tích hợp với các hệ thống công nghệ thông tin riêng biệt của Rosatom.

Trên trang web của dự án, những nhà quản lý bày tỏ ý định của mình khi áp dụng cách làm mới này: đây sẽ là một phương pháp quản lý mang tính thí điểm cho ngành công nghệ hạt nhân với nhiều đổi mới sáng tạo nhất. Nếu thành công, nó sẽ được Rosatom áp dụng rộng rãi trong tương lai.

Sự can thiệp của chính phủ Nga

Lò phản ứng neutron tiên tiến sẽ hoàn thành vào năm 2020. Nguồn: twitter

Mặc dù Rosatom là một tập đoàn mạnh về xuất khẩu công nghệ hạt nhân và có nguồn vốn lớn nhưng việc đảm bảo cho dự án Đột phá được thực hiện, vẫn cần vai trò của Chính phủ Nga trong đầu tư kinh phí và chỉ đạo. Đó là nguyên nhân vì sao Đột phá lại trở thành một phần của Chương trình mục tiêu quốc gia 2010-2020 thể hiện sự cam kết thúc đẩy dự án được hoàn thành và đạt được kết quả như kỳ vọng của Chính phủ Nga.

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện, không phải bao giờ mọi việc diễn ra dễ dàng. Nước Nga trong bối cảnh phải chịu sự trừng phạt của Mỹ và phương Tây gặp không ít khó khăn trong việc điều phối các dự án ưu tiên của đất nước.

Do đó vào năm 2017, tiến độ dự án dường như chậm hẳn lại và đâu đó xuất hiện “tin đồn” là việc xây dựng lò phản ứng nghiên cứu có thể bị “đóng băng” vì thiếu kinh phí. Sang đầu tháng 1/2018, Rosatom một mặt tuyên bố không có chuyện hoãn dự án mà chỉ điều chỉnh dự toán kinh phí để tối ưu nguồn lực trong bối cảnh nền kinh tế Nga phải đối mặt với nhiều khó khăn, mặt khác đề nghị được làm việc với Tổng thống Putin về dự án.

Trong buổi làm việc diễn ra vào cuối tháng 2/2018 tại điện Kremlin, tổng giám đốc Rosatom Alexey Likhachov - cựu Thứ trưởng Bộ Thương mại và phát triển kinh tế Nga, nêu những ưu điểm của dự án, trong đó nhấn mạnh đến “cuộc cạnh tranh ngày càng quyết liệt [trên thị trường công nghệ hạt nhân] và sớm hay muộn thì các đối tác nước ngoài, các đối thủ sẽ có khả năng là chủ được các công nghệ hiện có. Đây là lý do vì sao chúng tôi đang tập trung vào việc khám phá những lĩnh vực mới”.

Với tầm nhìn về tiềm năng mà dự án sẽ đem lại do nước Nga khi hoàn thành, Tổng thống Putin đã đồng ý với những đề xuất của Rosatom. Ở đây, quan điểm của những nhà chính trị và nhà khoa học đã gặp nhau: đầu tư cho KH&CN là đầu tư cho tiềm lực tương lai của đất nước.

Trong một cuộc trả lời phỏng vấn tạp chí “Economics and Fuel of Russia” vào năm 2017, ông Evgeny Adamov - giám đốc dự án Đột phá, cho rằng: “Việc đảm bảo ưu tiên thực hiện dự án trong điều kiện kinh phí khó khăn hiện nay và những âu lo thường nhật sẽ cho phép chúng ta trong vài thập kỷ tới không chỉ giải quyết được những vấn đề nội tại của đất nước để tối ưu hóa sản xuất điện năng bằng nguồn năng lượng hạt nhân mà còn làm tăng cường vị trí hàng đầu của Nga trên thị trường công nghệ hạt nhân thế giới”.

Tại Diễn đàn đầu tư Nga ở Sochi vào tháng 2/2018, chủ tịch công ty TVEL Natalya Nikipelova thông báo, việc xây dựng lò phản ứng BREST-300 năm 2017 đã được giải ngân 420 triệu ruble, “năm nay Rosatom lập kế hoạch tiếp tục đầu tư nửa tỷ ruble nữa”.

Đến nay, sau gần 10 năm thực hiện, “hơn một nửa khâu R&D của dự án đã hoàn thành” như lời của giám đốc khoa học dự án Evgeny Adamov. Điều này dường như khớp với những gì diễn ra trong thực tế: AEM-Technology, công ty con của Atomenergomash - nhà cung cấp kỹ thuật cơ khí cho Rosatom, đã thông báo xong phần hàn chính trên thùng lò BREST-300 và đảm bảo việc hoàn thành lắp đặt và xây dựng lò phản ứng đúng tiến độ dự kiến vào năm 2020.

Thanh Nhàn tổng hợp từ http://www.world-nuclear.org/information-library/country-profiles/countries-os/russia-nuclear-power.aspx; http://proryv2020.ru/en; https://www.rosatom.ru/en/press-centre/industry-in-media/russia-reaches-welding-milestone-with-fast-neutron-reactor; http://en.kremlin.ru/events/president/news/56946

Nguồn: Báo KH&PT