Nga sắp xây lò phản ứng hạt nhân siêu nhỏ đầu tiên trên đất liền, hoạt động 60 năm không cần lưới điện

Kích thước lò phản ứng này cho phép sản xuất tập trung tại nhà máy thay vì xây dựng tại chỗ. Ảnh: Rosatom.

Nga đang tiến thêm một bước trong chiến lược phát triển điện hạt nhân quy mô nhỏ khi Tập đoàn Năng lượng nguyên tử quốc gia Rosatom hoàn tất giai đoạn đánh giá đầu tư cho dự án lò phản ứng hạt nhân mô-đun cỡ nhỏ (SMR) đầu tiên được xây dựng trên đất liền. Dự án sẽ phục vụ mỏ vàng Sovinoye ở vùng Viễn Đông và được kỳ vọng trở thành hình mẫu cung cấp năng lượng cho các khu vực hẻo lánh của Nga.

Rosatom cho biết việc hoàn thành giai đoạn Obosnovanie Investitsiy (OI) – đánh giá tính khả thi về đầu tư – đồng nghĩa với việc dự án đã vượt qua quá trình thẩm định kỹ thuật và kinh tế, đồng thời đủ điều kiện bước vào giai đoạn sản xuất thiết bị và chuẩn bị triển khai xây dựng.

Theo kế hoạch hiện nay, công tác khảo sát hiện trường đang được tiến hành, trong khi loại nhiên liệu hạt nhân sử dụng cho lò phản ứng đã hoàn tất các bài thử nghiệm độ bền vận hành bắt buộc.

Rosatom dự kiến khởi công công trình vào năm 2027, khởi động lò phản ứng trong năm 2030 và đưa nhà máy vào vận hành thương mại đầy đủ từ 2032.

"Tổ hợp Shelf-M có khả năng tạo ra 10 MW điện và 35 MW nhiệt, với tuổi thọ thiết kế lên tới 60 năm," Tổng giám đốc Rosatom Alexey Likhachev cho biết.

Ông cũng xác nhận tiến độ dự án đang được triển khai đúng kế hoạch, từ lịch trình xây dựng, khảo sát địa điểm cho đến việc hoàn thành thử nghiệm nhiên liệu.

Lò phản ứng nước áp lực tích hợp trong một mô-đun duy nhất

Trái tim của dự án là Shelf-M, một lò phản ứng hạt nhân siêu nhỏ sử dụng công nghệ lò phản ứng nước áp lực tích hợp (Integrated Pressurized Water Reactor).

Khác với các nhà máy điện hạt nhân truyền thống, toàn bộ hệ thống vòng tuần hoàn sơ cấp – bao gồm lõi phản ứng, cơ cấu điều khiển và bộ tạo hơi – đều được đặt bên trong một khoang thép hình trụ duy nhất.

Theo Rosatom, mô-đun Shelf-M dài khoảng 11 m, đường kính 8 m, khối lượng khoảng 370 tấn sau khi lắp ráp hoàn chỉnh.

Thiết kế này cho phép toàn bộ lò phản ứng được chế tạo trong nhà máy trước khi vận chuyển đến nơi lắp đặt, thay vì phải xây dựng từng phần tại công trường.

Rosatom cho biết kết cấu thép được thiết kế đủ khả năng chịu rung động và va đập trong quá trình vận chuyển bằng sà lan hoặc xe chuyên dụng tại các khu vực Bắc Cực và Viễn Đông.

Đáng chú ý, toàn bộ mô-đun còn có thể được di chuyển tới địa điểm khác trong suốt vòng đời vận hành kéo dài 60 năm nếu cần thiết.

Công nghệ kế thừa từ tàu phá băng hạt nhân của Nga

Theo Rosatom, Shelf-M sử dụng kiến trúc lõi phản ứng dạng kênh, phát triển từ các công nghệ đã được kiểm chứng trên đội tàu phá băng chạy bằng năng lượng hạt nhân của Nga.

Thay vì dùng các thanh nhiên liệu truyền thống chứa viên uranium hình trụ, Shelf-M sử dụng nhiên liệu uranium dioxide phân tán trong nền hợp kim silumin – hợp kim nhôm và silicon.

Rosatom cho biết: "Shelf-M là lò phản ứng làm mát và điều tiết bằng nước, sử dụng nhiên liệu uranium dioxide phân tán trong nền hợp kim nhôm – silicon."

Thiết kế này giúp tăng hiệu quả truyền nhiệt đồng thời giảm nguy cơ hư hỏng nhiên liệu trong điều kiện vận hành kéo dài.

Thanh nhiên liệu hình chữ thập giúp tăng hiệu suất truyền nhiệt

Một trong những điểm đặc biệt nhất của Shelf-M nằm ở cấu tạo thanh nhiên liệu.

Thay vì tiết diện tròn như các lò phản ứng thông thường, thanh nhiên liệu của Shelf-M được chế tạo theo hình chữ thập.

Theo Rosatom, hình dạng này giúp tăng đáng kể diện tích tiếp xúc với chất làm mát, từ đó cải thiện khả năng truyền nhiệt từ lõi phản ứng ra môi trường tuần hoàn.

Các vật liệu chế tạo thanh nhiên liệu cũng không hoàn toàn mới.

Rosatom cho biết lớp vỏ sử dụng hợp kim chromium-nickel 42KhNM, loại vật liệu đã được chứng minh độ bền trong nhiều dự án hạt nhân trước đây.

Trong khi đó, hình học của thanh nhiên liệu tương tự những gì đang được sử dụng tại các lò phản ứng nghiên cứu SM-3 và PIK của Nga.

Vẫn hoạt động khi mất điện hoàn toàn

Một ưu điểm quan trọng khác của Shelf-M là khả năng vận hành an toàn ngay cả khi mất toàn bộ nguồn điện bên ngoài.

Rosatom cho biết hệ thống có thể hoạt động dựa trên cơ chế tuần hoàn tự nhiên của chất làm mát, không cần bơm điện, ở mức khoảng 30% công suất định mức.

Điều này đồng nghĩa lò phản ứng vẫn có thể tiếp tục tản nhiệt và duy trì trạng thái ổn định mà không cần sử dụng máy phát diesel dự phòng hoặc kết nối với lưới điện.

Theo Rosatom: "Shelf-M có thể vận hành bằng chế độ tuần hoàn tự nhiên của chất làm mát sơ cấp ở khoảng 30% công suất định mức."

Bên cạnh đó, toàn bộ hệ thống làm mát khẩn cấp và loại bỏ nhiệt dư cũng hoạt động hoàn toàn theo các quy luật vật lý như trọng lực và đối lưu nhiệt.

Ngay cả trong kịch bản mất điện toàn trạm (station blackout), lò phản ứng vẫn có thể tự động đưa lõi về trạng thái cân bằng nhiệt mà không cần sự can thiệp của con người hay các thiết bị chủ động.

Giới chuyên môn đánh giá đây là một trong những yếu tố quan trọng giúp các lò phản ứng mô-đun cỡ nhỏ (SMR) được xem là thế hệ điện hạt nhân an toàn hơn, phù hợp để triển khai tại các vùng xa xôi, khu khai khoáng hoặc những nơi không có hạ tầng điện quy mô lớn.

Theo IE

Huyền Chi