Xử lý chất thải hạt nhân sau khi nhà máy tháo dở

xử lý chất thải hạt nhân Sau khi tháo dở nhà máy
GVHD: Nguyễn Văn Hoa
SV thực hiện:
1/ Nguyễn Lê Anh
2/ Nguyễn Tố Ái
3/ Nguyễn Quốc Khánh
Đặc điểm của chất thải hạt nhân
Thông thường một nhà máy điện hạt nhân có thể hoạt động trong vòng vài chục năm. Sau khi đóng cửa, người ta phải tiến hành hàng loạt các việc cần thiết sau đây:
Đối tượng tháo dỡ không chỉ là các nhà máy điện hạt nhân, mà là tất cả các cơ sở có liên quan tới chu trình nhiên liệu quy mô thương mại như các cơ sở khai thác urani, các nhà máy tái chế biến và làm giàu nhiên liệu, các nhà máy chế tạo nhiên liệu, các lò phản ứng hạt nhân, các cơ sở cất giữ và xử lý chất thải…
Vấn đề đặt ra bây giờ là làm thế nào để xử lý chất thải hạt nhân một cách an toàn?
Phân loại
Khi nhiên liệu đã lấy ra khỏi lò phóng xạ thì nó phải được tích trữ trong bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng trong một thời gian.
Nhiên liệu đã qua sử dụng phải được giữ dưới nước do nhiệt được tạo ra bởi sự phân rã các sản phẩm phân hạch, đồng thời nhằm giới hạn mức độ phóng xạ trong khu vực bể chứa.
Sau vài năm, sự giảm nhiệt được tạo ra bởi sự phân hủy của các sản phẩm phân hạch thì người ta mới bắt đầu xử lý trên khô.
Các thiết bị xử lý phải được thiết kế để loại bỏ nhiệt do sự phân hạch tạo ra và phải đảm bảo độ phóng xạ an toàn cho khu vực xung quanh.
Xử lý ban đầu

Một số phương pháp xử lý chất thải hạt nhân
1. Đưa vào không gian
(Disposal in outerspace)
Một tên lửa hay tàu con thoi không gian sẽ được sử dụng để khởi động các chất thải đóng gói vào không gian.
Phương pháp xử lý chất thải này chỉ có thể thích hợp cho chất thải phóng xạ “mức thấp” (LLW) hoặc nhiên liệu đã qua sử dụng.
Nhưng nếu các vụ phóng tàu để đưa ra các chất thải hạt nhân vào không gian thất bại, hậu quả sẽ khôn lường như thế nào?
2. Chôn sâu lòng đất
(Deep boreholes)
2. Chôn sâu lòng đất
(Deep boreholes)
Chất thải rắn đóng gói sẽ được đặt trong các lỗ khoan sâu khoan từ bề mặt tới độ sâu vài km với đường kính thường ít hơn 1 mét.
Các thùng chứa chất thải sẽ được ngăn cách với nhau bởi một lớp bentonite hoặc xi măng. Khoảng trên 2 km sẽ được niêm phong với các vật liệu như nhựa đường, bentonite hoặc bê tông.
Ở độ sâu lớn hơn 1000m, việc khai quật có thể trở nên ngày càng khó khăn nên rất tốn kém.
Một lợi thế của việc chôn chất thải là có thể khoan chúng gần các lò phản ứng hạt nhân, giúp giảm khoảng cách để vận chuyển những chất thải “nguy hiểm cao độ” xuống nơi chôn lấp.
Tuy nhiên, các nước đều vấp phải vấn đề liên quan đến lựa chọn địa điểm chôn lấp chất thải, những nguyên tắc tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn cho môi trường sinh thái khu vực đó.
3. Chôn lấp dưới biển
(Disposal at sea)
Chôn cất chất thải phóng xạ trong các trầm tích đại dương sâu có thể được thực hiện bằng hai kỹ thuật khác nhau: đâm xuyên (penetrators) hoặc khoan lỗ (drilling placement).
Sự đâm xuyên nặng khoảng vài tấn sẽ rơi xuống nước, đủ động lượng để chôn sâu vào các lớp trầm tích.
Chất thải phóng xạ sẽ được đóng gói trong các thùng chứa hoặc thủy tinh ngăn cản sự ăn mòn, chúng sẽ được đặt bên dưới ít nhất là 4000 mét nước trong địa chất ổn định sâu dưới đáy biển, sự lựa chọn này cho cả dòng chảy chậm và làm chậm khả năng sự chuyển động của hạt nhân phóng xạ.
3. Chôn lấp dưới biển
(Disposal at sea)
Ngoài ra, có một đề xuất phương pháp sử dụng phi tiêu cỏ hạt nhân (nuclear lawn darts).
Niêm phong hai hoặc ba hộp đựng chất thải hạt nhân được tráng men vào lõi của một con cá ngừ khổng lồ bằng thép không rỉ.
Cá ngừ này sẽ được cho vào một chiếc tàu lớn. Quá trình lái sẽ được chính xác thông qua việc sử dụng các cánh quạt lái.

Còn nhiều 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.
4. Chôn dưới sông băng
(Disposal in ice sheets)
Các container sẽ làm tan băng xung quanh và được lôi sâu vào dải băng, khi mà nơi đó băng đông lạnh lại trên các chất thải sẽ tạo ra một lớp rào cản rất dày.
Chỉ được nghiên cứu cho HLW, nơi nhiệt được tạo ra bởi các chất thải có thể được sử dụng do lợi thế tự chất thải chôn chất thải trong băng bằng cách làm nóng chảy băng ra.
Lo ngại việc dịch chuyển các mảng băng cũng như hiện tượng biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu.
5. Chôn lấp ở vùng hút chìm
(Disposal at a subduction zone)
Nơi diễn ra quá trình hội tụ biên giới giữa các mảng kiến tạo.
Việc chôn lấp chất thải hạt nhân ở vùng hút chìm sẽ đưa những thùng chứa nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng dọc theo đai băng chuyền giữa các mảng kiến tạo và đi vào trong lớp vỏ Trái Đất.
Giải pháp này gặp phải nhiều vấn đề liên quan đến chủ quyền lãnh thổ quốc gia cũng như sự tham gia của nhiều bên liên quan, giống như dự án chôn lấp dưới đáy biển.
6. Cất giữ trong đá nhân tạo
Cô lập các chất thải phóng xạ trong các loại đá tổng hợp nhân tạo sau đó chôn xuống dưới lòng đất → 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 (synrock) từ những năm 1970 nhằm lưu giữ những chất thải hạt nhân có mức phóng xạ lớn.
Một giải pháp tương tự là sử dụng vật liệu gốm nano trong bảo quản và lưu giữ chất thải phóng xạ.
7. Rút ngắn chu kỳ bán rã
(Giant laser transmutes nuclear waste)
Một laser khổng lồ sẽ cắt giảm thời gian sống của một hạt chất thải phóng xạ từ hàng triệu năm chỉ còn vài phút.
Máy laser Vulcan 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 gamma để đánh bật các neutron đơn lẻ khỏi chất thải phóng xạ như Iodine 129.
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.
8. Tái chế chất thải hạt nhân
Việc tái chế không chỉ giúp khai thác giá trị năng lượng một cách đáng kể mà còn giảm khối lượng và độc tính phóng xạ của chất thải hạt nhân,trong khi các nhà máy điện nguyên tử vẫn chưa thể tái sử dụng nhiên liệu này.
Nguyên nhân là do dạng phổ biến nhất của Uranium, Ion uranyl có công thức hóa học là [UO2]2+ rất khó phân tách từ các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng.
Các nhà khoa học vừa sáng chế ra một loại phân tử “ăn” chất phóng xạ uranium giúp chuyển đổi chất thải hạt nhân thành nhiên liệu.
9. Phương pháp Rolfs
(Rolfs Method)
Klaus Rolfs tin rằng ông có thể làm cho độ an toàn của chất thải phóng xạ chỉ trong nhiều thập kỷ, chứ không phải thế kỷ.
Nếu nó hoạt động, phương pháp Rolfs sẽ làm tốn kém chi phí xử lý ngầm không cần thiết.
Ông tuyên bố đã cắt giảm một nửa thời gian của một đồng vị phóng xạ natri 1% bằng cách nhúng nó trong kim loại palladium làm lạnh đến một vài độ trên 00K.
Kết quả của ông bị bác bỏ với một ý tưởng lâu nay rằng phân rã hạt nhân không bị ảnh hưởng bởi môi trường.
10. Phương pháp đơn giản xử lý Iodine phóng xạ
Chuyên gia thuộc Đại học Sheffied đã phát hiện ra một phương thức mới nhằm cố định một dạng Iodine phóng xạ bằng cách sử dụng sóng vi ba. Đồng vị phóng xạ của Iodine được tạo ra bởi sự phân rã của nhiên liệu Uranium trong phản ứng hạt nhân.
Giáo sư Neil Hyatt thuộc Khoa Kỹ thuật và Khoa học Vật liệu, Đại học Sheffied đã tìm ra cách khóa đồng vị phóng xạ Iodine trong một loại vật liệu rắn, bền thích hợp cho xử lý sau cùng là Iodovanadinite Pb5(VO4)3I.
Phương pháp mới đưa ra một cách thức chứa các hạt nhân phóng xạ này một cách an toàn và nhanh chóng, làm giảm tác động tiềm tàng lâu dài tới sức khỏe con người do xả thải ra môi trường.
Tư liệu tham khảo
A Modest Proposal for Nuclear Waste Disposal – by Willis Eschenbach
Radioactive Waste Management - USNRC Technical Training Center
Storage and Disposal Options - Radioactive Waste Management Appendix 2 (Updated November 2010)
http://www.world-nuclear.org/
http://www.newscientist.com/
http://www.xaluan.com/modules.php?name=News&file=article&sid=197094
http://cordis.europa.eu/fetch?CALLER=EN_NEWS&ACTION=D&SESSION=&RCN=26110
http://www.vista.vn/UserPages/News/detail/tabid/73/newsid/2987/seo/Phuong-phap-don-gian-xu-ly-iot-phong-xa/language/vi-VN/Default.aspx
Cám ơn thầy
và các bạn
đã chú ý
lắng nghe