Nhật Bản: Xử lý chất thải hạt nhân như thế nào?

Theo thống kê, đến năm 2009, tổng cộng Nhật Bản có 55 nhà máy điện hạt nhân, đảm nhiệm hơn 30% tổng lượng điện cung cấp toàn quốc (Hàn Quốc 40%, Pháp 80% đứng đầu thế giới). Sự nghiệp phát triển điện hạt nhân của Nhật có kinh nghiệm thành công nhất định. Từ những năm 80 của thế kỷ XX, Nhật Bản đã đưa ra một số phương án xử lý CTHN, trải qua 30 năm tìm tòi nghiên cứu, đến nay phương pháp xử lý CTHN của Nhật đã từ trên giấy bước vào giai đoạn thực thi.

Hiện nay, trên thế giới đã hình thành một số phương pháp xử lý CTHN với mức độ quy mô.

Một là, phương pháp cất giữ: giống như đem thực phẩm để vào trong kho, chỉ khác là đòi hỏi biện pháp phải chặt chẽ, tinh vi và chính xác.

Hai là, phương pháp chôn dưới đáy biển: đem CTHN chứa trong ống thép chuyên dùng, rồi xếp dưới đáy biển, sử dụng ximăng làm kín cố định, chắc chắn; cất giữ tạm thời một vài năm, đợi tính phóng xạ của CTHN giảm đến mức thấp nhất sau đó lại đem nó ném vào khe rãnh dưới đáy biển ở độ sâu vài kilômét, cất giữ vĩnh cửu.

Ba là, phương pháp chôn ở lục địa: đem CTHN chôn sâu trong kho xử lý chất thải hạt nhân thuộc cấu trúc tầng nham thạch ngầm dưới lòng đất. Nhật Bản đã sử dụng phương pháp thứ ba này.

Được biết, trọng tâm của chính sách năng lượng hạt nhân của Nhật là sử dụng tuần hoàn năng lượng hạt nhân. Nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng được tiến hành xử lý hóa học và tiếp tục đưa vào sử dụng lại; nhưng mặc dù vậy CTHN sinh ra lần cuối bỏ đi vẫn có khả năng phóng xạ cao, rất khó xử lý triệt để. Mỗi ngày ở Nhật Bản sinh ra khoảng 1,4 tấn CTHN, mỗi năm phải sử dụng tới 2,2 vạn chiếc thùng chuyên dụng để chứa CTHN.

Với phương pháp của Nhật Bản đem các thùng chứa CTHN chôn sâu dưới đất, cất giữ vĩnh cửu cần phải thực hiện qua các bước: đầu tiên là tập trung các CTHN đến nhà máy chuyên xử lý CTHN, trộn chúng với thủy tinh ở trạng thái nóng chảy, gia nhiệt ở nhiệt độ cao tạo thành hợp chất, thực hiện thủy tinh hóa chất thải hạt nhân, khiến thể tích thu nhỏ, làm lạnh hợp chất, nạp chúng vào trong thùng inox, hình thành khối thủy tinh thể rắn có tính chất vật lý ổn định, sau đó chôn sâu dưới đất tới vài trăm mét.

Có người nghi ngờ rằng, CTHN sau khi được thủy tinh  hóa chôn sâu dưới đất lâu dài có thể bị nước trong lòng đất thẩm thấu vào và hòa tan gây nguy hại đối với môi trường sinh thái.

Nhưng, một chuyên gia xử lý CTHN của Nhật Bản tiết lộ, thùng inox chuyên dùng có dung tích 200 lít, độ dày của thành thùng 20cm, sau khi nạp hợp chất thủy tinh rắn, bề mặt phủ một lớp nguyên liệu hoãn xung, loại đất sét ẩm trương nở được  nén chặt dày tới 70cm cùng với nắp hàn kín tuyệt đối, như vậy hoàn toàn cách ly với vòng sinh thái, bao gồm cả nguồn nước. Quá trình cách ly này, về chuyên môn gọi là "hệ thống tường chắn đa trùng", có thể thực hiện và bảo đảm ở sâu dưới lòng đất tới nghìn mét.

Kho chôn cất vĩnh cửu CTHN trong lòng đất của Nhật là một loại công trình ngầm trong lớp đá hoa cương ở độ sâu dưới đất 30 - 1.000m, được đào theo phương thức đào hầm lò, kết cấu của nó phân thành hai loại thiết bị bảo hộ: lá chắn tự nhiên và lá chắn công trình, bảo đảm chắc chắn các nguyên tố phóng xạ trong CTHN không thể rò rỉ.

Công trình (bao gồm cả kho, sân bãi thực nghiệm) xử lý và chứa CTHN yêu cầu phải chọn và xây dựng ở khu vực địa chất không có đứt gãy địa tầng, hoạt động vỏ trái đất ổn định, đồng thời phải cách xa vùng có tài nguyên khoáng sản như mỏ dầu, mỏ than... Được biết, đến tháng 10/2009, tại tỉnh Gifu , ở độ sâu này được đào các đường hầm mở rộng ra xung quanh làm sân bãi chứa CTHN.

Bên cạnh giếng chính còn có một giếng trao đổi khí có đường kính 4,5m, sâu 400 - 1.000m, cũng có đường hầm vươn rộng ra xung quanh dùng cho nghiên cứu, phân tích tình trạng hướng nước chảy ngầm và sự biến đổi chất nước thuộc các lớp đá khác nhau... Từ lâu, Nhật đã đào các hầm lò sâu tới hơn 1.000m phục vụ cho khai khoáng cho nên công việc đào giếng sâu làm kho chôn CTHN hiện nay đối với họ không có gì khó khăn.

Tuy vậy, vì đây là công trình giếng sâu có kho bãi chứa chất thải mang tính phóng xạ, có đặc thù riêng, nên họ phải cẩn trọng, nhất là bảo đảm sự tin cậy về kết cấu địa tầng, bao gồm xu thế biến đổi của môi trường xung quanh.

Chôn sâu dưới lòng đất có thể khiến phóng xạ trong CTHN có tính phóng xạ giảm dần, nhưng trong CTHN, bao gồm có loại hạt nhân tuổi thọ dài, thời gian để chúng suy biến đến mức độ vô hại đối với môi trường, phải trên vạn năm, thậm chí mấy chục vạn năm; mặt khác với đặc thù của Nhật Bản là quốc gia nhiều động đất, núi lửa, quá trình cất giữ kéo dài như vậy, một khi có biến động địa chất, hoặc phát sinh khác ngoài ý muốn, có thể xuất hiện nguy cơ rò rỉ hạt nhân.

Các nhà khoa học Nhật đã nghiên cứu đưa ra loại thiết bị giúp nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng hạt nhân và xử lý an toàn CTHN có tính phóng xạ: nguyên lý chủ yếu là dùng giải pháp "giới hạn nhiên liệu hạt nhân", đem loại hạt nhân có tuổi thọ dài chuyển hóa thành loại hạt nhân tuổi thọ ngắn, đây là một bí quyết của Nhật Bản.