Quốc gia duy nhất hiện đang sở hữu công nghệ lò hạt nhân tiên tiến nhất thế giới, và sẽ mất ít nhất 5 năm nữa để các quốc gia khác có thể theo kịp.

Lò hạt nhân này đã bắt đầu hoạt động thương mại từ năm 2023.

Lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ 4 (Gen IV) là loại lò mới nhất trên thế giới, kế thừa và nâng cao từ các lò Gen III. Gen IV tập trung vào cải tiến tính an toàn, bền vững, hiệu quả và giảm chi phí.

Theo Viện Institut Polytechnique de Paris của Pháp, đến năm 2025, lò phản ứng hạt nhân thế hệ IV vẫn chỉ đang ở giai đoạn phát triển ban đầu. Hiện tại, hơn 400 lò hạt nhân đang vận hành thương mại trên toàn cầu chủ yếu thuộc các thế hệ Gen II và Gen III.

Tuy nhiên, Trung Quốc là quốc gia duy nhất sở hữu lò Gen IV hoàn chỉnh trên toàn cầu, với Nhà máy điện hạt nhân Shidaowan tại tỉnh Sơn Đông.

Hơn nữa, Trung Quốc đã vận hành lò hạt nhân Gen IV hoàn chỉnh kể từ cuối tháng 12/2021, và bắt đầu hoạt động thương mại vào năm 2023.

Các chuyên gia nhận định rằng, lò Gen IV có tiềm năng cách mạng hóa ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân nhờ vào sự an toàn, hiệu quả và tính bền vững. Tuy nhiên, việc mở rộng quy mô công nghiệp sẽ cần thêm thời gian, dự kiến sẽ diễn ra vào thập niên 2030.

Một khối cầu nhiên liệu của lò Gen IV tương đương với 1,5 tấn than đá.

Tại Nhà máy điện hạt nhân Shidaowan, thay vì sử dụng nước làm mát, lò HTR-PM sẽ được làm mát bằng khí heli, tạo ra cơ hội phát triển các nhà máy điện hạt nhân trên đất liền mà không phụ thuộc vào nguồn nước. Công nghệ này không chỉ giúp sản xuất nhiệt và năng lượng, mà còn tạo ra hydro, góp phần vào mục tiêu trung hòa carbon toàn cầu.

Điểm nổi bật của lò phản ứng thế hệ IV là nhiên liệu hạt nhân được thiết kế dưới dạng các viên cầu nhỏ, giống như bóng tennis, với mỗi lò phản ứng chứa đến 430.000 viên. Mỗi viên có đường kính 6 cm và chứa 12.000 hạt nhiên liệu nhỏ, mỗi hạt chỉ khoảng một milimet. Mỗi khối cầu này có năng lượng tương đương với 1,5 tấn than đá.

Lõi nhiên liệu siêu nhỏ được bảo vệ bằng 4 lớp vỏ ceramic, giúp tăng cường khả năng chịu nhiệt. Theo Tong Liyun, Giám đốc điều hành Nhà máy Shidaowan, lớp vỏ ceramic này có thể chịu nhiệt độ rất cao, đảm bảo rằng viên nhiên liệu luôn ở trong giới hạn an toàn trong mọi điều kiện vận hành.

Các quốc gia như Nga, Ấn Độ, Pháp và Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu và thử nghiệm các dự án lò hạt nhân thế hệ IV, tuy nhiên chưa đạt được quy mô lớn.

Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đang tích cực tham gia nghiên cứu và phát triển công nghệ lò Gen IV, bao gồm Mỹ, Canada, Pháp, Nhật Bản, Nga, Trung Quốc, Hàn Quốc, Vương quốc Anh và các quốc gia khác.

Lò Gen IV - liệu có phải là công nghệ sở hữu khả năng “vô hiệu hóa” chế tạo vũ khí hạt nhân?

Trong lĩnh vực công nghiệp hạt nhân, thuật ngữ “thế hệ” (generation) khác với “công nghệ lò phản ứng” (reactor technology); và mỗi thế hệ có thể bao gồm nhiều loại công nghệ hạt nhân. Lò phản ứng hạt nhân thế hệ IV (Gen IV) thực sự được coi là những cải tiến mới nhất trong công nghệ lò phản ứng hạt nhân.

Mỗi thế hệ có những yêu cầu đặc thù cho một thời kỳ nhất định. Diễn đàn quốc tế về Thế hệ IV (Generation IV International Forum), được thành lập vào năm 2001, tập trung vào nghiên cứu lò phản ứng trong tương lai, và đã định nghĩa 4 thế hệ lò phản ứng phân hạch hạt nhân, với mỗi thế hệ có những mục tiêu riêng biệt.

Nhà máy điện hạt nhân thế hệ IV là hệ thống các cơ sở chế tạo nhiên liệu và tái chế, được thiết kế để khắc phục những hạn chế của các nhà máy điện hạt nhân hiện tại.

Để được công nhận là Thế hệ IV (Gen IV), một hệ thống cần phải đáp ứng, hoặc ít nhất có khả năng đáp ứng, các tiêu chí sau đây:

(1) Tiết kiệm nhiên liệu vượt trội so với các nhà máy điện hạt nhân hiện nay;

(2) Được thiết kế sao cho không thể xảy ra các tai nạn nghiêm trọng, tức là, sự cố trong nhà máy hoặc các sự kiện bên ngoài (như động đất) không làm phát tán vật liệu phóng xạ ra bên ngoài môi trường.

(3) Chu trình nhiên liệu được thiết kế sao cho urani và plutoni không bao giờ tách biệt (phân kỳ), mà luôn tồn tại trong hỗn hợp với các nguyên tố khác. Điều này làm tăng độ khó trong việc chế tạo vũ khí hạt nhân.

(4) Một yêu cầu khác đối với lò phản ứng Thế hệ IV là chúng phải tạo ra nhiều nhiên liệu hơn lượng nhiên liệu chúng tiêu thụ khi xử lý các nguyên tố phóng xạ có thời gian tồn tại dài được sinh ra trong quá trình vận hành.

Trang Ly (theo Institut Polytechnique de Paris, SCMP)