Tìm hiểu về lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận (1/2)

Sau loạt bài về vụ Fukushima và thảm họa Chernobyl trên blog này, tác giả viết tiếp về dự án điện hạt nhân Ninh Thuận. Mục tiêu là trình bày một cách dễ hiểu về công nghệ lò phản ứng, nhằm giúp bạn đọc hình dung ra Việt Nam sẽ ở đâu trong bức tranh điện hạt nhân dân dụng trên thế giới.

Nhà máy dự kiến gồm 4 lò phản ứng, mỗi lò có công suất 1000MW – tổng cộng là gấp đôi cái Thủy điện Hòa Bình. Quốc hội duyệt ngân sách toàn bộ nhà máy chừng 10 tỷ USD. Thông tin trên báo cho biết, Việt nam sẽ mua 2 lò của Nga và 2 lò của Nhật bản. Một số bài báo gọi phần mua từ Nga là nhà máy Ninh Thuận 1 và phần mua từ Nhật Bản là nhà máy Ninh Thuận 2, nhưng cũng có thể coi là hai giai đoạn của cùng một dự án.

Vào thời điểm viết bài (giữa 2013), Việt Nam và Nhật vẫn chưa chốt công nghệ lò phản ứng, dù các tập đoàn lớn của Nhật đã giới thiệu nhiều mẫu khác nhau. Vì thế, bài viết sẽ tập trung vào hai lò mua của Nga. Tính riêng 2 lò này, bên bán đã ước lượng chi phí tầm 10 tỷ USD (con số thực tế có thể còn lớn hơn nhiều). Một thông tin khác cũng cho biết, Nga dành cho Việt Nam một khoản vay 8 tỷ USD để triển khai dự án. Như vậy, chỉ một mình Ninh Thuận 1 đã dùng hết ngân sách của cả nhà máy – chưa hiểu Chính phủ lấy tiền đâu ra để làm Ninh Thuận 2!

Trước khi tìm hiểu về công nghệ lò, chúng tôi giới thiệu qua về cách thức mà thế giới phân loại các lò phản ứng. Theo chất tải nhiệt sử dụng, người ta chia ra thành loại lò nước nhẹ, lò nước nặng, lò khí gas và lò kim loại lỏng. Các lò nước nhẹ lại chia ra kiểu lò phản ứng nước áp lực (PWR), lò phản ứng nước sôi (BWR) và lò phản ứng nước siêu tới hạn (SCWR). Hai lò phản ứng mà Việt Nam mua của Nga là kiểu VVER (Водо-водяной энергетический реактор) – một biến thể của PWR. Nhân tiện nói thêm, châu Âu cũng thiết kế một biến thể khác, với tên gọi EPWR.

Theo thế hệ, kiểu lò BWR và PWR thuộc thế hệ 2, kiểu SCWR thuộc thế hệ 4 (hiện còn chưa hoạt động thương mại). Biến thể VVER (và cả EPWR) là PWR nâng cấp để phù hợp với các tiêu chuẩn an toàn của thế hệ 3 – và do vậy được phân loại vào thế hệ 3. Về mức độ phổ dụng, kiểu PWR chiếm tỷ lệ cao nhất trên thế giới, một phần do các cường quốc trang bị chúng cho hải quân của mình.

Nguyên tắc vận hành:

Các thanh nhiên liệu được xếp xen kẽ với các thanh điều khiển, và toàn bộ hệ thống nhúng trong bể nước pha acid boric. Bể nước này là một phần trong chu trình sơ cấp – nước nóng do nhiệt tỏa ra từ phản ứng hạt nhân được dẫn qua hệ thống trao đổi nhiệt với chu trình thứ cấp, nguội đi và quay trở lại lò phản ứng, ở đó nó lại được đun nóng lên và tiếp tục quay vòng. Chu trình sơ cấp có áp suất rất cao, chừng 150 atm (tương đương 150kg trên mỗi centimet vuông) – từ đó sinh ra tên gọi của kiểu lò. Lưu ý ở chu trình này, do áp suất lớn, nước vẫn ở trạng thái lỏng chứ không sôi dù nhiệt độ lên tới trên 300 độ.

Khi hoạt động bình thường, lò ở trạng thái cân bằng bền. Nếu bị nóng lên, nước sinh ra nhiều bong bóng khí hơn. Những bong bóng khí này làm giảm công suất của lò khiến nó nguội đi. Tương tự, nếu lò nguội đi, nước có ít bong bóng hơn, làm gia tăng số lượng neutron hoạt động và do đó tăng công suất lò lên. Để điều chỉnh mức công suất ổn định này, người ta thay đổi nồng độ acid boric – thêm boric sẽ giảm công suất và ngược lại.

Người ta cũng có thể dùng các thanh điều khiển để làm việc này, tuy nhiên trong thực tế, họ thường chỉ sử dụng chúng để khởi động hoặc tắt lò, hoặc để thay đổi công suất lò trong thời gian ngắn. Một số các thanh điều khiển được treo phía trên lò bằng nam châm điện để làm công cụ dừng lò khẩn cấp – nếu bị mất điện chúng sẽ tự rơi vào bể lò và dập tắt phản ứng hạt nhân.

Chu trình thứ cấp của nhà máy điện hạt nhân tương tự như các nhà máy nhiệt điện bình thường. Nước sôi ở bộ trao đổi nhiệt (với chu trình sơ cấp) sinh ra hơi nước để quay tuabin máy phát điện. Hơi nước từ tuabin đi qua bình ngưng để trở thành nước dạng lỏng, quay trở lại bộ trao đổi nhiệt và cứ thế tiếp tục ...

(Còn tiếp) 

= = =

Tìm hiểu về lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận (2/2)