Khai thác năng lượng hạt nhân,

Khi năng lượng hạt nhân lần đầu tiên được phát triển trong những năm sáu mươi, nó đã được chào đón với một sự hào hứng cao độ. Chúng ta có thể nhớ lại sự kiện quốc tế: UN (United Nations – Liên hợp quốc) đã tổ chức chương trình “Nguyên tử vì Hòa bình” ở Geneva năm 1959. Chương trình này đã đem đến hy vọng về một nguồn năng lượng dồi dào, rẻ và không giới hạn cho tương lai của loài người. Trong suốt các năm sau, sự hào hứng này đã mất đi và năng lượng hạt nhân nhiều khi lại bị coi như “một điều xấu xa”. Trước áp lực của cộng đồng, một số lớn các ràng buộc mang tính điều phối đã bào mòn sự ưu việt về giá cả của năng lượng hạt nhân, và ngày nay, dường như nó không còn là “năng lượng rẻ nhất” nữa, đặc biệt là khi so sánh với những nhiên liệu hóa thạch như khí tự nhiên và than đá. Một điều cũng rất rõ ràng là, ít nhất ở các nước phát triển, năng lượng hạt nhân đã gần như hoàn toàn có được vị thế thích đáng trên thị trường, ở đây, nó còn tỏ ra khá hơn cả công nghiệp luyện thép, xây dựng nhà ở và sản xuất ô tô, công nghiệp hạt nhân rõ ràng là đã đạt được một sự sung túc theo nghĩa nào đó.

Người ta đã tiên nghiệm các đặc trưng của năng lượng hạt nhân, khi được so sánh với nhiên liệu hóa thạch là, (1) không có nguy cơ phát tán khí thải và (2) cực kỳ tiết kiệm nhiên liệu. Chẳng hạn, 1 tấn Uranium – giả sử được phân hạch hoàn toàn – có thể tạo ra một năng lượng tương đương với 14 triệu thùng dầu hoặc 3 triệu tấn than đá. Như vậy phản ứng hạt nhân có thể sinh ra năng lượng gấp khoảng 3 triệu lần so với phản ứng hóa học. Hiện nay, nhu cầu năng lượng trên hành tinh (khoảng 10 TWatt), một cách lý tưởng có thể tiêu tốn khoảng 3900 tấn/năm nhiên liệu phân hạch hoàn toàn. Nếu sự phân hạch được thay thế bằng nhiệt hạch (D+T), thì về cơ bản, sự tiêu thụ Lithium, trong cùng các điều kiện như trên chỉ là 16.000 tấn/năm, từ đó, có 6.800 tấn/năm T (Tritium) không bền được sinh ra.  

Đáng tiếc là, công nghệ năng lượng hạt nhân hiện nay, chủ yếu dựa trên các Lò phản ứng Nước Nhẹ (Light Water Reactors-LWR) được vận hành hầu như đối với Uranium được làm giàu và các neutron nhiệt, còn xa so với những kỳ vọng được lý tưởng hóa đã đề cập ở trên. Chỉ có 235U (chiếm 0.71%) chứa trong Uranium tự nhiên là có thể phân hạch trực tiếp được, trong đó, khoảng 60% được tách chiết bằng kỹ thuật làm giàu. Do đó, chỉ khoảng 0,4% năng lượng tiềm tàng chứa trong Uranium tự nhiên là được khai thác.

Chẳng hạn, để tạo ra 1 GWe x 30 năm ~ 6,1 TWh, ta phải có trong tay 4,50×107 tấn quặng giàu Uranium (2000 phần triệu), so với 3,21×108 tấn than đá cung cấp cho nhà máy nhiệt điện. Như vậy, kết luận được đưa ra là, cái hệ số hạt nhân thần kỳ (bằng 3 triệu lần năng lượng hóa học) của năng lượng hạt nhân bây giờ gần như không còn đáng đề cập nữa.

Đây chính là lý do tại sao, bất kể tiềm năng cực kỳ to lớn của năng lượng hạt nhân, năng lượng trong tương lai được lấy từ Uranium vẫn không thể nhiều bằng từ dầu lửa.

Thêm vào đó, chúng ta cần thấy được hết những hậu quả của việc khai thác năng lượng hạt nhân chỉ dựa trên LWR thuần túy – đặc biệt là đối với sự nhân rộng của mô hình lò phản ứng này:

1. Một lượng đáng kể các đồng vị có chu kỳ bán rã lớn bị thải ra môi trường.

2. Các nguy cơ tai nạn gần như bị nhân đôi, nhất là sau sự cố khủng khiếp ở Chernobyl.

3. Vấn đề về các chất thải phóng xạ có chu kỳ bán rã lớn. Các nhà máy điện hạt nhân hiện hành hàng năm sinh ra khoảng 12.000 tấn chất thải có độ phóng xạ cao, khoảng 1% (120 tấn) trong đó là Plutonium. Độ nguy hiểm phóng xạ của lượng chất thải này chỉ giảm xuống mức của quặng Uranium ban đầu sau khoảng 1 triệu năm.

4. Liên quan đến các ứng dụng quân sự. Khối lượng tới hạn của Plutonium sinh ra từ một LWR chỉ lớn hơn khoảng 30% khối lượng của cấp độ bom 239Pu. Như vậy việc phát triển rộng rãi năng lượng hạt nhân ở các nước phát triển, về cơ bản có thể gây ra sự bất ổn định, nhất là đối với những nguy cơ về các khí tài quân sự khủng khiếp.

5. Hiệu suất nhiệt động, đó là phần năng lượng nhiệt trên thực tế chuyển hóa thành điện năng, như đã biết, là phụ thuộc nhiệt độ. Đối với LWR, hiệu suất này vào khoảng 30%, gắn liền với trình độ thực tế của công nghệ những năm 1960. Để duy trì được năng lực cạnh tranh của nó trong tương lai, năng lượng hạt nhân nhất thiết phải tăng nhiệt độ vận hành và do đó phải từ bỏ các giải pháp sử dụng hơi nước trong LWR cổ điển.

Như vậy, để khai thác một cách thực tế nguồn năng lượng khổng lồ bên trong hạt nhân, chúng ta cần có những phương pháp mới và ý tưởng mới. Thêm nữa, chúng ta phải sử dụng ngày càng hiệu quả và sáng suốt hơn đối với một nguồn năng lượng tự nhiên dồi dào và trên thực tế là không giới hạn này.