Các phương pháp xử lý chất thải hạt nhân

Nhằm ứng phó với tình hình biến đổi khí hậu gia tăng và đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn về năng lượng, các quốc gia phát triển và đang phát triển đều theo đuổi những dự án nhà máy điện hạt nhân. Tuy nhiên làm sao để xử lý chất thải hạt nhân cũng như cơ chế tài chính cho xử lý chất thải phóng xạ… đã sản sinh trong quá trình vận hành lò phản ứng hạt nhân đang làm đau đầu các nhà khoa học và quản lý.

Quy trình xử lý chất thải hạt nhân truyền thống tích trữ trong hầm, kho chứa của nhà máy càng ngày càng lớn và trở thành gánh nặng của các quốc gia. Đối mặt với tình trạng này, các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra nhiều giải pháp khác nhau song vẫn chưa đem lại hiệu quả thực sự, điều này cũng gây áp lực không nhỏ cho các nhà quản lý trước bối cảnh thúc bách về năng lượng và quá trình triển khai kế hoạch phát triển công nghệ hạt nhân.

Cất giữ trong đá nhân tạo

Cách này sẽ ngăn chất thải phóng xạ và làm nhiễm độc đất, đá và nước xung quanh.Các nhà khoa học đã phát triển loại đá nhân tạo (synroc) từ những năm 1970 nhằm lưu giữ những chất thải hạt nhân có mức phóng xạ lớn. Các loại đá được thiết kế khác nhau phụ thuộc vào loại chất thải riêng biệt, dựa trên công thức cho phản ứng nước - ánh sáng cũng như hàm lượng chất plutonium.Một giải pháp tương tự là sử dụng vật liệu gốm nano trong bảo quản và lưu giữ chất thải phóng xạ. Các nhà khoa học Australia dùng sơn với sợi gốm nano được làm từ oxit của titan để sơn lên bề mặt các bể hay thùng lớn bằng thép, được dùng để chứa chất thải phát sinh trong quá trình khai thác các chất phóng xạ và nước thải trong quá trình làm mát lò phản ứng. Vật liệu gốm nano có ưu điểm là rất bền và có thời gian tồn tại lâu hơn các ion chất phóng xạ, có khả năng bẫy các ion dương của chất phóng xạ và giữ chặt chúng mãi trong đó. Chỉ cần quét một lớp sơn mỏng cỡ nano mét (một phần tỷ mét) sẽ tăng độ an toàn lên rất nhiều.

Xử lý chất thải hạt nhân là một trong những vấn đề của nhà máy điện hạt nhân 

Rút ngắn chu kỳ bán rã

Hiện, một số nhà khoa học đang tính tới việc giảm chu kỳ bán rã của các chất thải phóng xạ, qua đó, xử lý nhanh chóng các chất này, thay vì tìm cách chôn chúng ở đâu đó và chờ chúng phân rã hết. Máy Laser Vulcan là một thiết bị ra đời từ ý tưởng đó. Máy có thể tạo ra các xung điện mạnh và ngắn, một triệu tỷ Watts, bắn vào một cục vàng nhỏ, tạo ra đủ bức xạ gama để đánh bật các neutron đơn lẻ khỏi chất thải phóng xạ như Iodine 129. Iodine129 là một trong nhiều đồng vị phóng xạ được tạo ra khi Uranium bị đốt trong lò phản ứng hạt nhân. Tuy nhiên, các nhà khoa học đánh giá, máy Laser sẽ không giải quyết triệt để vấn đề chất thải xong nó giảm độ mức độ phóng xạ.Phương pháp này mới chỉ thực hiện trong phòng thí nghiệm và chỉ có khả năng áp dụng ở giai đoạn xử lý ban đầu của chất thải hạt nhân.

Tái chế chất thải hạt nhân

Không phải tất cả các nước đều chọn phương án tái chế, ví dụ như Thuỵ Điển, Mỹ. Ở những nước này, nhiên liệu đã qua sử dụng được coi như chất thải và được cất giữ ngay sau khi rút ra khỏi lò phản ứng. Những nước chọn phương án xây dựng nhà máy tái chế là Pháp, Anh, Nga và Nhật. Các nước khác như Đức, Thuỵ Sĩ và Bỉ tái chế ở nước khác (nhất là ở Pháp). Tại nhà máy tái chế, các bó thanh nhiên liệu đã qua sử dụng được đặt trong bể nước một lần nữa. Sau đó chúng được cắt ra thành đoạn nhỏ và đưa vào một dung dịch hoá học hoà tan nhiên liệu, nhưng vẫn giữ nguyên các mảnh kim loại (vỏ bọc, v.v.). Những mảnh này được chôn giữ như chất thải hạt nhân.

Một loạt phép xử lý hoá học tiếp theo đối với nhiên liệu trong dung dịch cho phép tách plutoni và urani ra khỏi các sản phẩm phân hạch. Những sản phẩm này được trộn vào thuỷ tinh đặc biệt (thuỷ tinh hoá) và cất giữ như chất thải hạt nhân. Uran và plutoni chiếm khoảng 97% toàn bộ khối lượng sẽ được tách ra và cất giữ riêng. Đã có nhiều chương trình nghiên sử dụng plutoni thu được khi tái chế, đặc biệt là ở CEA. Nhiên liệu mới chứa hỗn hợp oxit uran và oxit plutoni, mang tên MOX (mixed oxydes) đã được sử dụng trong một số lò phản ứng của Công ty Điện lực Pháp (EDF). Uran thu hồi trong quá trình tái chế còn giàu hơn uran thiên nhiên (khoảng 1% uran 235). Làm giàu lần nữa, nâng hàm lượng uran 235 lên 3%, để có thể sử dụng như nhiên liệu hạt nhân thông thường.

Các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu biện pháp xử lý chất thải hạt nhân tối ưu nhất 

Chôn sâu dưới lòng đất

Chôn chất thải hạt nhân xuống sâu dưới lòng đất là giải pháp được nhiều quốc gia đang lựa chọn để triển khai, bởi lợi thế là có thể khoan ngay gần các lò phản ứng hạt nhân, giảm khoảng cách để vận chuyển chất thải phóng xạ xuống nơi chôn lấp. Tuy nhiên, chôn như thế nào mới quan trọng. Trong thực tế, giải pháp này vẫn ở trên dạng bản thảo bởi vẫn còn nhiều tranh cãi là chôn làm sao để vùng đất đó không bị nhiễm xạ và ảnh hưởng tới môi sinh, gây nên khó khăn trong việc lựa chọn địa điểm chôn lấp. Có phương án cho rằng bỏ lượng chất thải đó vào hộp thép rồi chôn sâu hàng trăm km dưới bề mặt trái đất nhưng cũng có phương án là để nguyên như vậy và chôn lấp dưới sâu hàng trăm km… Tất cả đều thực sự chưa được kiểm chứng qua thực tiễn và chỉ ở dạng lý thuyết.

Chôn lấp dưới đáy biển

Phần lớn đáy của các đại dương đều cấu tạo từ lớp đất sét dày và nặng, một nguyên liệu hoàn hảo để hấp thụ phóng xạ của các chất thải hạt nhân phát ra. Biện pháp này được nhà hải dương học Charles Hollister, thuộc Viện Hải dương Woods Hole khởi xướng vào năm 1973. Việc lưu giữ chất thải hạt nhân dưới đáy biển được Quốc hội Mỹ thông qua năm 1986. Tuy nhiên, vấn đề nổi cộm với việc lưu trữ, đó là phải thực hiện khoan các giếng ngầm sâu dưới đáy biển. Thảm họa tràn dầu Deepwwater Horizon là lời cảnh báo đối với các hoạt động khoan, khai thác dưới đáy biển. Nhất là khi tranh cãi trong các diễn đàn đa phương của các quốc gia phát triển hạt nhân nói riêng và toàn cầu về vấn đề xử lý chất thải hạt nhân ra biển vẫn còn khá gay gắt, để có thể triển khai được giải pháp này thì cần xem xét bằng các thỏa ước quốc tế nhằm đem lại lợi ích chung.

Chôn dưới sông băng

Theo giải pháp này thì chất thải có thể được bảo quản vĩnh viễn bên dưới các lớp băng dày hàng chục m. Tuy nhiên, ý kiến này sớm bị loại bỏ, bởi lo ngại hiện tượng biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu sẽ làm tan chảy và xê dịch các khối băng. Hiện nay, đỉnh Quelccaya ở Nam Peru, đỉnh núi băng nhiệt đới lớn nhất thế giới, có tốc độ tan chảy khoảng 60 mét mỗi năm, tăng gấp 10 lần so với tốc độ tan băng của những năm 1960.

Đinh Ly (T/h)