Giải quyết vấn đề chất thải hạt nhân như thế nào?

Cất giữ và vận chuyển những gì còn sót lại sau khi sản xuất năng lượng từ nguyên tử luôn được coi là khuyết điểm lớn nhất của ngành năng lượng hạt nhân. Một nhà máy điện hạt nhân trung bình có công suất 1GW trong một năm sử dụng 24 tấn ôxit uran. Từ 24 tấn đó còn lại 750 kilogam chất thải cần phải được cất giữ ở đâu đó.

Liệu những công nghệ hiện đại đang được sử dụng để đảm bảo an toàn đối với chất thải nhà máy nguyên tử có còn bền vững mãi với thời gian? Dựa vào đâu mà chúng ta biết được những thùng chứa chất thải sau 1000 hay 5000 năm nữa không làm rò rỉ chất phóng xạ? Chất thải phóng xạ còn nguy hiểm sau hàng chục ngàn năm. Các chuyên gia an ủi rằng nguyên liệu làm thùng chứa là rất bền vững, còn chất thải được cách ly với thế giới bằng cách chôn thật sâu xuống đất.

Tuy nhiên, không một ai – cả những người ủng hộ lẫn những người phản đối – lại phủ nhận một sự thật là cần phải có công nghệ cho phép bỏ qua giai đoạn lưu giữ chất thải. Một trong những ý tưởng đó có tên là transmutation (sự biến tố), nghĩa là biến đổi những đồng vị có tuổi đời dài thành những đồng vị có tuổi đời ngắn hơn. Như vậy thời gian lưu trữ các chất thải phóng xạ sẽ được rút gọn lại. Tuy nhiên, biến tố vẫn là tương lai xa vời. Một phương pháp tiếp cận khác đã được các nhà khoa học thuộc trường ĐH Bochu (Đức) đề nghị.

GS.Claus Rolfs – trưởng nhóm nghiên cứu, đã nảy ra ý tưởng giảm chu kỳ bán rã một số nguyên tố trong trường hợp khá tình cờ. Ông vốn là nhà vật lý thiên văn chuyên nghiên cứu phản ứng liên kết hạt nhân trong lòng các ngôi sao. Ông tiến hành thí nghiệm trên máy gia tốc kích thước nhỏ, trong đó các proton được tăng tốc (gọi là những viên đạn) bắn phá hạt nhân nguyên tử (gọi là những tấm bia). GS Rolfs để ý thấy rằng các phản ứng liên kết giữa các hạt được gia tốc với các hạt nhân thường xảy ra nhiều hơn khi các hạt nhân được bao quanh bởi một lớp kim loại.

Giải thích hiện tượng này như thế nào? Chúng ta đã biết rằng các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau. Trong kim loại, các điện tử không được “gán cho” bất kỳ hạt nhân cụ thể nào. Chúng là điện tử tự do và do vậy có thể dẫn điện (kim loại là chất dẫn điện). Hạt nhân nguyên tố nhẹ trong máy gia tốc bị mất nguyên tử nên mang điện dương và hút những nguyên tử tự do từ môi trường kim loại xung quanh. Tiếp đó, các điện tử có điện tích âm lại hút những proton mang điện dương đang lao đi rất nhanh trong máy gia tốc. Như vậy, rất hay xảy ra hiện tượng va chạm và liên kết giữa hạt - đạn và hạt nhân – mục tiêu. Liệu điều này có liên quan gì đến việc cất giữ chất thải phóng xạ? Câu trả lời là có liên quan, và liên quan nhiều.

“Những đồng vị phóng xạ alpha nặng sống lâu nhất trong số những hạt tạo thành sau phản ứng phân rã” - Ông Maciej Jurkowki – Giám đốc Ban an toàn hạt nhân thuộc cơ quan nguyên tử quốc gia Ba Lan, cho biết như vậy. Phản ứng phân rã alpha dựa trên việc tách từ hạt nhân phóng xạ một hạt mang điện tích dương, hạt này tạo bởi 2 proton và 2 neutron. Nếu gần hạt nhân không bền vững này có điện tích âm, chẳng hạn kim loại với đám mây điện tử tự do - thì sẽ xảy ra hiện tượng hạt alpha bị rứt ra rất nhanh. Bằng cách đó, chu kỳ bán rã đồng vị alpha phải ngắn đi.

Và thực tế đúng là như vậy, ý tưởng bước đầu đã được kiểm tra đối với đồng vị bức xạ alpha polonu-210. Hiện tại phương pháp giảm chu kỳ bán rã được kiểm nghiệm với đồng vị rad-226. Nguyên tố radium tồn tại trong chất thải từ phản ứng hạt nhân. Chu kỳ bán rã của nó là 1600 năm. Claus Rolfs khẳng định rằng ông có thể làm ngắn chu kỳ này còn có vẻn vẹn một năm (nếu mọi sự diễn ra thuận lợi) cho đến cùng lắm là 100 năm. Ông cũng khẳng định rằng chu kỳ bán rã của nhiều nguyên tố đồng vị bức xạ alpha nguy hiểm có thể được làm ngắn đi một cách rõ rệt tương tự như đối với rad-226. GS. Rolf quả quyết. “Điều đó có nghĩa là chúng ta không để vấn đề chất thải hạt nhân lại cho đời cháu chắt chúng ta, mà chúng ta sẽ tự giải quyết nó”.

Nguồn: Nauka; gdtd.com.vn, số 102, 26/08/2006