70 năm nhà máy điện hạt nhân Obninsk: Bài học lớn từ lịch sử
Dẫu sau bảy thập kỷ tồn tại, Obninsk, nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới, đã trở thành bảo tàng và là một phần di sản của nước Nga nhưng những năng lực mà nó kích hoạt vẫn bền bỉ thúc đẩy nghiên cứu và đổi mới sáng tạo của ngành hạt nhân.
Những ngày tháng sáu vừa qua, thành phố Obninsk ở vùng Kaluga, nơi cách thủ đô Moscow 100 km về phía Tây Nam, trở thành điểm đến của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước Nga. Thành phố khoa học (naukograd) đầu tiên của nước Nga Xô viết này có thể tự hào về lịch sử phát triển của chính mình. Trên thế giới, không có nhiều nơi giống như Obninsk, ngoại trừ Idaho, chứng kiến điểm khởi nguyên của quá trình sử dụng năng lượng từ chuỗi phản ứng phân hạch trong lò phản ứng hạt nhân thành dòng điện, “một món quà kỳ diệu của khoa học” như lời nhận xét của nhà vật lý Blokhintsev.
Quá trình chuyển đổi ấy không chỉ làm thay đổi quan điểm của thế giới về năng lượng hạt nhân mà còn tạo nền móng cho nền khoa học Nga và là điểm tựa cho những đổi mới sáng tạo của ngành công nghiệp hạt nhân sau này.
Những gì Obninsk đã làm được, vì thế, đã vượt qua sứ mệnh được trao từ năm 1954.
Món quà kỳ diệu từ Obninsk
Obninsk ngày nay là một thành phố khá thịnh vượng của nước Nga với nhiều tiềm lực công nghệ và các nhà máy của các Công ty Máy tính Kraftway, Công ty Xây dựng Kỹ thuật luyện kim Rautaruukki, Công ty Dược phẩm Hemofarm, Công ty Lotte Confectionery…, nhưng vào những năm 1940, tất cả những điều này còn chưa xuất hiện. Lịch sử khoa học và công nghệ của Obninsk chỉ thực sự bắt đầu vào tháng 5/1946, khi Phòng thí nghiệm số 5 được thành lập, TS. Trần Chí Thành, Viện trưởng Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (Viện NLNTVN), chia sẻ sau khi trở về từ lễ kỷ niệm 70 năm nhà máy điện hạt nhân Obninsk.
Vào giữa những năm 1940, nhiều phòng thí nghiệm R&D đã được Liên Xô (USSR) thành lập với mục tiêu mở rộng phạm vi của các hoạt động nghiên cứu về vật lý hạt nhân, phát triển các phương pháp phân tách đồng vị phóng xạ… Phòng thí nghiệm được lập ở Obninsk là một trong những số đó”, nhà vật lý Dmitry Blokhintsev, Giám đốc đầu tiên của Phòng thí nghiệm số 5, nhớ lại trong cuốn kỷ yếu 20 năm thành lập nhà máy điện hạt nhân Obninsk. “Vào thời điểm bắt đầu thì tiềm năng của Phòng thí nghiệm số 5 vẫn chưa được đánh giá đúng mức. Các mối quan tâm của nó chưa thể so được với những vấn đề khoa học đang dấy lên từ các phòng thí nghiệm tương tự”.
Ở thuở bình minh của năng lượng hạt nhân, khi chứng kiến phản ứng dây chuyền xảy ra trong phòng thí nghiệm, nhiều nhà khoa học vẫn chưa định nghĩa nổi hiện tượng này. “Nhà hóa học phóng xạ Otto Hahn và Fritz Strassmann dùng các neutron bắn phá uranium, làm các hạt nhân uranium thay đổi và bị phá vỡ thành hai mảnh hạt nhân khác, một quá trình họ không thể hiểu được”, GS. Đào Tiến Khoa từng trao đổi tại phiên họp Hội đồng KHCN và Đào tạo, Viện NLNTVN. Mặc dù sau đó, nhà vật lý hạt nhân Lise Meitner và Otto Frisch, cháu bà đã sử dụng công thức nổi tiếng của Einstein E=mc2 để tính toán và kết luận “năng lượng được giải phóng là kết quả của một quá trình mà họ vay mượn khái niệm phân chia tế bào trong sinh học – phân hạch nhị phân – để gọi phản ứng phân hạch hạt nhân” nhưng tất cả vẫn còn ở dạng sơ khởi.
Khi đó, Phòng thí nghiệm số 5 đứng giữa sự lựa chọn nghiên cứu vật lý hạt nhân thuần túy, ví dụ như thiết kế một máy gia tốc hạt để nghiên cứu về các hạt cơ bản, và nghiên cứu ứng dụng liên quan đến kỹ thuật điện, “trong đó vấn đề thứ hai dường như thú vị, nếu nhìn từ góc độ khoa học và công nghệ, và bên cạnh đó, nhiều phòng thí nghiệm khác cũng thấy hướng đi thứ hai rất khó”, Blokhintsev viết.
Vào thời điểm khó khăn ban đầu, khi Phòng thí nghiệm số 5 còn xa với các khái niệm năng lượng hạt nhân sau này, cuộc sống và làm việc ở Obninsk vô cùng vất vả và thiếu thốn. “Công nhân sống ở các doanh trại, kỹ sư và các nhà nghiên cứu sống trong các ngôi nhà nhỏ kiểu Phần Lan, được xây rải rác quanh các phòng thí nghiệm nhỏ và văn phòng”, những dòng chia sẻ của Blokhintsev về điểm khởi đầu của Obninsk khiến thế hệ sau tạm hình dung ra những thách thức về vật chất của “một nhóm nhỏ các nhà khoa học Xô viết được tập hợp ở đây”. Nhưng sức hấp dẫn của việc sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình “cuốn hút đến nỗi ai cũng coi những bất tiện của đời sống chỉ là chuyện vặt vãnh, không đáng phải bận tâm. Dự án táo bạo đó đã thu hút chúng tôi từ giai đoạn đầu tiên. Trên thực tế, đó chỉ là bước đầu của cả một hành trình”, Blokhintsev viết. Sau này, Phòng thí nghiệm số 5 được đổi tên thành Viện Vật lý và Kỹ thuật điện (IPPE) như một xác quyết cho sứ mệnh của mình.
Đây là cả một hành trình đầy khó khăn, bởi lẽ, ngoài các dự án chạy đua làm bom nguyên tử của Mỹ, Liên Xô, Đức và thậm chí cả Anh, trên thế giới chưa có bằng chứng nào về việc năng lượng từ chuỗi phản ứng phân hạch có thể làm ra điện. Văn phòng Lịch sử và Nguồn di sản (Bộ Năng lượng Mỹ) cũng từng bình luận là ngay cả đối với việc thiết kế và chế tạo bom hạt nhân cũng có nhiều thách thức vì chưa ai biết được đâu là phương pháp đúng để chuyển đổi khái niệm do chính các nhà khoa học Đức tìm ra thành hiện thực.
Bảy thập kỷ sau nhìn lại, ông Alexay Lichachev, Tổng Giám đốc Rosatom nhận xét trong lễ kỷ niệm diễn ra một cách giản dị, không màu mè khuôn sáo và ồn ào nhưng vừa đủ để những người tham dự thấy được sự trân trọng các đóng góp của những người đặt nền móng. “Việc chứng minh được là có thể sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình vào thời điểm đó là một thách thức lớn. Vì sao ư, là vì từ trước tới những năm 1940-1950, chưa có ai làm như thế cả, chưa có ai vạch ra được con đường đưa nó trở thành năng lượng phục vụ cuộc sống hằng ngày”, ông nói.
Bản thân Blokhintsev và cộng sự cũng cảm nhận được khó khăn này “Tại điểm bắt đầu, vẫn còn chưa chắc chắn câu trả lời cho câu hỏi cơ bản – liệu có đáng không khi cố gắng khai thác dòng diện từ việc chuyển đổi năng lượng hạt nhân. Ngày nay, không còn ai có thể nghi ngờ về câu trả lời bởi vì điện hạt nhân đã được chứng tỏ là tin cậy, an toàn và kinh tế nhưng vào đầu những năm 1950, không chỉ nỗi nghi ngờ xuất hiện khắp nơi nơi mà những chuyên gia cũng thận trọng trong việc nêu quan điểm”.
Việc sử dụng thiết kế nào để chuyển đổi năng lượng nguyên tử thành dòng điện chỉ trở nên rõ ràng sau khi Igor Kurchatov, kiến trúc sư của chương trình năng lượng nguyên tử Liên Xô, đề xuất một thiết kế khả thi lò phản ứng hạt nhân với neutron chậm và Blokhintsev được trao trọng trách dẫn dắt dự án.
Dĩ nhiên, người Nga không đơn độc trong dự án này. Ở Mỹ, vào tháng 12/1951, một lò phản ứng hạt nhân ở Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho (Tp. Idaho Falls), lò phản ứng tái sinh thực nghiệm EBR-I đã tạo ra được đủ để đủ thắp sáng bốn bóng đèn 200 watt”, TS. Trần Chí Thành nói.
Người Nga đã làm được hơn thế. Vào ngày 27/6/1954, từ Obninsk, lò phản ứng hạt nhân đầu tiên đã được nối lưới điện với 5 MW, đánh dấu “một bước ngoặt lịch sử khi chứng minh cho thế giới thấy năng lượng nguyên tử có thể dùng cho mục đích hòa bình”, như đánh giá của ông Lichachev. “Khi Liên Xô tổ chức họp báo, công bố về nhà máy điện hạt nhân, ngay cả Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA) cũng rất ngạc nhiên, không nghĩ nhà máy Obninsk có thể nối lưới điện”.
Vào năm 2015, khi đánh giá lại sự kiện lịch sử này, một nhà khoa học Mỹ, TS. John Morrissey của trường ĐH Stanford đã nhận định “Năng lượng hạt nhân đã vượt qua lằn ranh phân định giữa việc sử dụng cho mục tiêu quân sự với những ứng dụng dân sự. Với một lò phản ứng chỉ 5MW, nhà máy này không nhằm để giải quyết vấn đề quyền lực của Xô viết hay cấu trúc lại vị trí của họ trong Chiến tranh lạnh. Thay vào đó, nhà máy đã được xây dựng như một thực nghiệm về điện thương mại. Một lò phản ứng hạt nhân có thể sử dụng để cung cấp điện thương mại không? Obninsk chứng tỏ rằng có thể”.
Nền tảng cho những đột phá khoa học
Việc thiết kế, lắp đặt và vận hành thành công một nhà máy điện hạt nhân ở thuở bình minh của năng lượng hạt nhân cho đến nay vẫn được coi là một đột phá. Tuy nhiên, điều mà Obninsk đem lại cho khoa học Nga còn nhiều hơn thế, TS. Trần Chí Thành nhận xét.
Kể từ Phòng thí nghiệm số 5 đến nhà máy điện hạt nhân Obninsk, các nhà khoa học, kỹ sư, công nhân xây dựng và những người làm trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ khắp đất nước đã tới Obninsk, nơi đã hinh thành một thành phố mang tên nhà máy điện này kể từ ngày 24/6/1956. Trong quá trình vận hành của mình, Obninsk chưa khi nào gây ra những sự cố rò rỉ ảnh hưởng đến môi trường và người dân sống ở thành phố này. Cả một hệ sinh thái khoa học đã được xây dựng ở thành phố với 12 cơ sở nghiên cứu gồm Viện Kỹ thuật điện hạt nhân Obninsk, Viện Nghiên cứu Phóng xạ nông nghiệp và Thú y Nga, Viện Nghiên cứu Khí tượng nông nghiệp Nga cùng chi nhánh của các viện nghiên cứu liên bang, không chỉ để cung cấp thêm những hiểu biết hỗ trợ Obninsk và cả ngành năng lượng hạt nhân Nga mà còn phục vụ nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội thiết yếu như y học, khí tượng khí hậu, nông nghiệp…
Đó là những cơ sở hạ tầng nghiên cứu được hình thành trong quá trình phát triển của Obninsk và trong quá trình khai thác các ứng dụng của những kỹ thuật hạt nhân. Bên cạnh đó, còn có những đóng góp lớn lao hơn của nhà máy điện hạt nhân nổi tiếng này bởi theo quan sát của TS. Trần Chí Thành “Có một hệ quả rất lớn mà tất cả các quốc gia phát triển điện hạt nhân có được là sự lớn mạnh về KH&CN và năng lực công nghiệp. Bởi vì việc phát triển điện hạt nhân đòi hỏi năng lực về mặt KH&CN hạt nhân, năng lực công nghiệp để có thể tham gia xây dựng và đưa các lò phản ứng vào vận hành. Để đáp ứng những điều đó, anh buộc phải có những con người giỏi, nguồn nhân lực chất lượng cao về công nghệ hạt nhân và pháp quy hạt nhân. Mọi thứ anh làm đều phải ở tiêu chuẩn cao và khắt khe nhất”.
Những khó khăn và thách thức trong quá trình thiết kế và vận hành Obninsk, như ký ức của Blokhintsev, đã được giải quyết trong một chương trình dài hạn với các lĩnh vực chính là thiết kế các lò phản ứng neutron nhiệt, các lò phản ứng neutron nhanh cho nhà máy điện hạt nhân, các lò phản ứng cho tàu ngầm và các hệ thống điện hạt nhân cho tàu vũ trụ, ví dụ như lời kể của Blokhintsev là “thiết kế một lò phản ứng neutron nhiệt nhiệt độ cao với chất làm chậm beryllium oxide và chất làm mát helium. Các đặc tính vật lý hạt nhân của beryllium oxide như chất làm chậm neutron đã được nghiên cứu rất nhiều tại phòng thí nghiệm này”.
Việc thiết kế ra một cấu hình lò phản ứng năng lượng khi chưa có mô hình mẫu nào là một đột phá nền tảng, mở đường cho những thành công tiếp theo. “Lò phản ứng ở Obninsk là dạng thiết kế uranium- graphite kiểu kênh, một mô hình thiết kế của Xô viết sau đó đã dẫn đến việc thiết kế các lò phản ứng hạt nhân kiểu kênh công suất lớn (RBMK). Thành công của Obninsk đã mở ra con đường xây dựng nhiều nhà máy điện hạt nhân thương mại như Beloyarsk và Sellafield, Anh”, TS. John Morrissey từng nhận định. “Thành công của Obninsk còn là ở chỗ trong mấy chục năm vận hành không để xảy ra một tai nạn nào, một mô hình bền vững mà nhiều nhà máy điện hạt nhân ngày nay cũng đang cố gắng đạt được”.
Tất cả những ai làm việc trong ngành hạt nhân đều cảm nhận được điều này. “Trong lễ kỷ niệm 70 năm Obninsk, các nhà khoa học tham dự hội thảo như Chủ tịch Viện Nghiên cứu hạt nhân mang tên Kurchatov Mikhail Kovalchuk, Viện trưởng Viện Liên hợp hạt nhân Dubna Viện sỹ Grigory Trubnikov, Hiệu trưởng trường ĐH Hạt nhân nghiên cứu Quốc gia (MEPhI) Vladimir Shepchenlo, nguyên Bộ trưởng Bộ NLNT Liên bang Nga (MinAtom) Evgeny Adamov… đều khẳng định, năng lượng nguyên tử vẫn là một lĩnh vực then chốt của khoa học, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và chuyển đổi năng lượng thì lại càng quan trọng”, anh nói. “Các ngành khoa học bây giờ đi sâu vào nghiên cứu ở các lĩnh vực chuyên môn hóa rất cao và ở quy mô rất nhỏ như hạt nhân nguyên tử. Nghiên cứu tốt ở quy mô nhỏ rồi mới làm được lĩnh vực khác, ví dụ như bán dẫn, công nghệ nano… Khoa học hạt nhân nguyên tử cũng thúc đẩy và hỗ trợ cho lĩnh vực viễn thông, vũ trụ (ví dụ máy tính lượng tử, vệ tinh lên không gian…)”.
Obninsk đã đem lại những kiến thức và năng lực mới cho Liên Xô trước đây và nước Nga sau này. “Chính vì như thế mà họ đã tập trung vào làm và làm được. Công nghiệp hạt nhân đòi hỏi kiến thức của cả khoa học cơ bản và ứng dụng rộng rãi nên khi phát triển, công nghệ hạt nhân đã góp phần quan trọng trong việc hình thành và thúc đẩy, tạo ra một “nền khoa học Xô viết” với nhiều thế hệ các nhà khoa học hàng đầu thế giới”, TS. Trần Chí Thành nói. “Đóng góp của hạt nhân cho cả nền khoa học Liên Xô trước đây và nước Nga hiện nay rất quan trọng, tạo ra các nhà khoa học hàng đầu, sau này có nhiều người đoạt giải Nobel như Lev Landau, Pyotr Kapitsa, Pavel Cherenkov, Igor Tam, Ilya Frank…”.
Do đó, khi nhìn lại thành công của nền khoa học Nga nói chung và ngành hạt nhân nói riêng, TS. Trần Chí Thành cho rằng có rất nhiều bài học quý giá có thể rút ra từ đó “Nó khiến mọi người ít nhiều thấy rằng, một nhà máy điện hạt nhân có nhiều vai trò lớn đối với một quốc gia, không chỉ là việc cung cấp nguồn điện ổn định và tin cậy. Vai trò của Obninsk là ở thời kỳ ban đầu, nhiệm vụ này là một thách thức lớn cho cả nhân loại khi muốn đưa năng lượng hạt nhân vào mục đích hòa bình. Việc giải quyết được thách thức đã góp phần phát triển những công nghệ khác, những năng lực khác mà đất nước rất cần”. Là một người từng có thời gian học tập và làm việc tại Nga và Thụy Điển về điện hạt nhân, anh nhận xét, Obninsk không chỉ là nỗ lực của một vài người mà là “kết quả đóng góp của cả một tập thể khoa học lớn, được tập trung lại trong một chương trình dài hạn, cùng giải quyết những thách thức lớn”. Thành công của Obninsk, hay nhìn rộng ra là cả nền công nghiệp hạt nhân Nga, sau này đã được nhiều quốc gia khác tiếp nối như Mỹ, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc… “Không hẳn họ rập khuôn, sao chép cách làm của Nga, mỗi quốc gia đều có một cách tiếp cận khác nhau nhưng những vấn đề cơ bản và những lợi ích cơ bản được rút ra từ đó đều hoàn toàn tương tự nhau”, anh nói.
Những dự án KH&CN lớn như Obninsk luôn ẩn chứa thách thức ở điểm bắt đầu. Cuốn sách “Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới” do Bảo tàng khoa học Obninsk ấn hành nhân dịp kỷ niệm 70 năm ghi lại những kinh nghiệm xương máu và đẹp đẽ về kinh nghiệm thiết kế lò phản ứng mô đun nhỏ trên tàu phá băng, tàu ngầm, sau giúp Nga thiết kế được nhà máy điện hạt nhân nổi Akademik Lomonosov. “Tôi nghĩ, làm khoa học cần có thách thức và sự tập trung, có trọng điểm. Vấn đề tuy khó nhưng nếu được đặt niềm tin, được trao cơ chế và tập trung làm thì bao giờ các nhà khoa học cũng nghĩ ra được giải pháp và cách thức để thực hiện. Đất nước ta luôn luôn có những nhà khoa học tâm huyết và năng lực, câu hỏi chỉ là làm sao để họ có cơ hội thực sự đóng góp cho khoa học thôi”, TS. Trần Chí Thành nói.
Những người vượt qua được thách thức của dự án mang tính tiên phong bao giờ cũng là các nhà khoa học mà theo Blokhintsev, “ai cũng coi những bất tiện của đời sống chỉ là chuyện vặt vãnh”. Khi nhìn vào những gì mà các nhà khoa học đã làm được ở Obninsk, TS. Trần Chí Thành cho rằng “Blokhintsev viết rất chân thành. Và theo những gì trong bảo tàng khoa học hạt nhân Nga ở Moscow mà tôi đã tham quan, đặc biệt nơi phục dựng phòng làm việc của các nhà khoa học hàng đầu như Igor Kurchatov, tôi thấy họ sống cũng đơn giản, không có gì đặc biệt. Là tổng công trình sư chương trình hạt nhân Nga nhưng phòng của Kurchatov bình thường, ngoài bàn làm việc, giá sách thì cũng chỉ có một cái ghế dài để nghỉ. Nó cũng phản ánh một phần quan điểm của những người như ông ‘Đời người không vĩnh cửu nhưng khoa học và kiến thức thì có thể truyền lại cho thế hệ sau qua nhiều thế kỷ’”.□
Bài đăng Tia Sáng số 14/2024