Thế hệ lò hạt nhân mới nhất trên thế giới hiện nay là lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ 4 (Gen IV). Lò Gen IV là thế hệ kế thừa của lò phản ứng Gen III, tập trung vào việc cải thiện tính an toàn, tính bền vững, hiệu quả và chi phí.
Viện Institut Polytechnique de Paris của Pháp cho biết, tính đến năm 2025, lò phản ứng hạt nhân thế hệ IV (Gen IV) vẫn đang trong giai đoạn đầu phát triển. Hầu hết hơn 400 lò hạt nhân đang hoạt động thương mại trên toàn cầu đều thuộc Gen II và Gen III.
Tuy nhiên, có một quốc gia đang sở hữu lò Gen IV duy nhất trên thế giới hiện nay. Đó chính là Trung Quốc, với Nhà máy điện hạt nhân Shidaowan ở tỉnh Sơn Đông.
Đáng kinh ngạc hơn nữa, Trung Quốc đã sở hữu loại lò hạt nhân tối tân thế hệ IV hoàn chỉnh ngay từ cuối tháng 12/2021, đi vào hoạt động thương mại năm 2023.
Giới chuyên gia đánh giá, các lò Gen IV có tiềm năng cách mạng hóa ngành năng lượng hạt nhân nhờ an toàn, hiệu quả và tính bền vững, nhưng việc mở rộng quy mô công nghiệp sẽ cần thêm thời gian, dự kiến vào thập niên 2030.
Một khối cầu nhiên liệu lò Gen IV tương đương 1,5 tấn than đá
Tại Nhà máy điện hạt nhân Shidaowan, thay vì sử dụng nước để làm mát, lò HTR-PM sẽ được làm mát bằng khí heli, mở ra triển vọng phát triển nhiều nhà máy điện hạt nhân trong đất liền mà không cần phụ thuộc vào nguồn nước. Công nghệ này cho phép lò HTR-PM sản xuất nhiệt, năng lượng và hydro, góp phần giúp Trung Quốc nói riêng và thế giới tiến gần hơn đến mục tiêu trung hòa carbon.
Một trong những đặc điểm nổi bật của lò phản ứng thế hệ thứ 4 là nhiên liệu hạt nhân được thiết kế dưới dạng các khối hình cầu nhỏ, tương tự quả bóng tennis, với mỗi lò phản ứng chứa tới 430.000 khối. Mỗi khối có đường kính 6 cm, bên trong chứa 12.000 hạt nhiên liệu có kích thước khoảng một milimet. Mỗi khối cầu có năng lượng tương đương 1,5 tấn than đá.
Lò HTGR tại Shidaowan sẽ được làm mát bằng khí heli, mở ra một giải pháp đầy hứa hẹn để phát triển thêm nhiều nhà máy điện hạt nhân nội địa. Ảnh: Weibo/CPNN
Lõi nhiên liệu cực nhỏ được bao bọc bởi 4 lớp vỏ ceramic, giúp tăng khả năng chịu nhiệt. Theo Tong Liyun, Giám đốc điều hành của nhà máy Shidaowan, lớp vỏ ceramic này có thể chịu được nhiệt độ rất cao, đảm bảo rằng trong mọi điều kiện vận hành, nhiệt độ của viên nhiên liệu luôn nằm trong giới hạn an toàn.
Nga, Ấn Độ, Pháp, và Mỹ có các dự án nghiên cứu và thử nghiệm đáng chú ý, nhưng chưa đạt quy mô lớn.
Hiện, có nhiều quốc gia tích cực tham gia vào nghiên cứu và phát triển 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 - sở hữu điểm khác biệt "vô hiệu hóa" chế tạo vũ khí hạt nhân?
Trong ngành công nghiệp hạt nhân, thuật ngữ “thế hệ - generation” khác với “công nghệ lò phản ứng - reactor technology”; và một thế hệ có thể bao gồm một số loại công nghệ hạt nhân. Lò phản ứng hạt nhân thế hệ IV (Gen IV) thực sự được coi là những tiến bộ mới nhất trong công nghệ lò phản ứng hạt nhân.
Các thế hệ khác nhau có các yêu cầu cụ thể tại một thời điểm nhất định. Diễn đàn quốc tế thế hệ IV (Generation IV International Forum), dành riêng cho nghiên cứu lò phản ứng trong tương lai và được ra mắt vào năm 2001, đã định nghĩa 4 thế hệ lò phản ứng phân hạch hạt nhân, mỗi thế hệ có một bộ mục tiêu nhất định.
Nhà máy điện hạt nhân thế hệ IV đề cập đến một hệ thống các nhà máy chế tạo nhiên liệu và các cơ sở tái chế cùng nhau khắc phục một số thiếu sót của các cơ sở điện hạt nhân hiện tại.
Ảnh: Viện Institut Polytechnique de Paris
Để được phân loại là Thế hệ IV (Gen IV), một hệ thống phải đáp ứng hoặc ít nhất là có khả năng đáp ứng các tiêu chí sau:
(1) tiết kiệm nhiên liệu hơn nhiều so với các nhà máy điện hạt nhân hiện tại;
(2) được thiết kế theo cách không thể xảy ra tai nạn nghiêm trọng, nghĩa là, sự cố nhà máy hoặc sự kiện bên ngoài (như động đất) không được dẫn đến việc phát tán vật liệu phóng xạ ra thế giới bên ngoài;
(3) chu trình nhiên liệu được thiết kế theo cách mà urani và plutoni không bao giờ tách biệt (phân kỳ) mà chỉ tồn tại trong hỗn hợp và với các nguyên tố khác. Điều này làm cho việc chế tạo vũ khí hạt nhân trở nên khó khăn hơn.
(4) Một yêu cầu khác đối với lò phản ứng Thế hệ IV là chúng phải sản xuất nhiều nhiên liệu hơn mức chúng tiêu thụ khi phá hủy các nguyên tố phóng xạ tồn tại lâu dài được tạo ra trong lò phản ứng trong quá trình vận hành.
Trang Ly (theo Institut Polytechnique de Paris, SCMP)
