Hiện nay trên thế giới có ba thế hệ các hệ thống điện hạt nhân đang vận hành, các thế hệ này bắt nguồn từ những mẫu thiết kế ban đầu được phát triển để sử dụng trên tàu biển từ cuối những năm 1940 (xem hình 1). Thế hệ I bao gồm những nguyên mẫu ban đầu lò phản ứng hạt nhân từ những năm 1950 và 1960, ví dụ như Shippingport (1957 -1982), Dresden-1 (1960 -1978), và Calder Hall-1 (1956-2003) ở Vương quốc Anh. Chỉ có hai nhà máy vận hành thương mại thuộc thế hệ I vẫn còn hoạt động, thuộc sở hữu của British Nuclear Group, mà theo kế hoạch sẽ đóng cửa trong năm nay (2008).

Các hệ thống thế hệ III và III+ bắt đầu phát triển trong những năm 1990, dựa trên kinh nghiệm của các đội ngũ các lò LWR của Mỹ, Nhật Bản và Tây Âu. Có lẽ cải tiến đáng kể nhất so với các thiết kế thế hệ thứ hai, đó là việc đưa vào các đặc điểm an toàn “thụ động”, không đòi hỏi điều khiển chủ động hoặc sự can thiệp của người vận hành; thay vào đó, các thiết kế này dựa vào trọng lực hoặc đối lưu tự nhiên để giảm nhẹ tác động của các sự kiện bất thường. Đặc điểm này, bên cạnh các yếu tố khác, sẽ giúp đẩy nhanh quá trình xét duyệt lò phản ứng, và nhờ vậy, rút ngắn lịch trình xây dựng. Một khi được đưa vào vận hành, chắc chắn các nhà máy sử dụng các lò phản ứng thế hệ III và III+ sẽ đạt được mức đốt kiệt nhiên liệu cao hơn (giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm chất thải tạo ra) và sẽ vận hành tới 60 năm.

Thế hệ sau nữa: Các phương án

Các nhà khoa học hạt nhân đã nhường việc thực hiện các thiết kế thế hệ III+ kiểu thép và bê tông cho các kỹ sư và chuyển sang phát triển các phương án hạt nhân “thế hệ tiếp sau nữa”, thường được gọi là lò phản ứng thế hệ IV.

Về ý tưởng thiết kế, lò phản ứng thế hệ IV có mọi đặc điểm của các lò thế hệ III+, cộng thêm khả năng hỗ trợ sản xuất hyđro, thu hồi nhiệt, và thậm chí cả việc khử muối mặn trong nước. Ngoài ra, các thiết kế này còn bao gồm việc quản lý các nguyên tố actinit. Actinit là các nguyên tố hoá học có số thứ tự nguyên tử từ 89 (actini) tới 103 (lôrenxi); thuật ngữ này thường áp dụng cho các nguyên tố nặng hơn uran, còn được gọi là các chất siêu uran. Các nguyên tố actinit đều là chất phóng xạ, thường có chu kỳ bán rã dài, và chiếm tỉ lệ đáng kể trong nhiên liệu thải từ các lò LWR.

Ban Năng lượng hạt nhân của Bộ Năng lượng Mỹ chịu trách nhiệm phát triển các khoa học cần thiết cho năm công nghệ khác nhau về thế hệ IV. Bảng 1 nêu tóm tắt các đặc tính và tham số vận hành của sáu phương án hệ thống lò phản ứng thế hệ IV, kể cả lò phản ứng muối nóng chảy, được liệt kê vào để đảm bảo tính đầy đủ mặc dầu hiện nay Mỹ không nghiên cứu phương án này. Đối với từng ý tưởng thiết kế, ưu tiên phản ánh tình hình phát triển công nghệ và tiềm năng đáp ứng các mục tiêu của chương trình và của quốc gia.

Nói chung, các hệ thống thế hệ IV bao gồm việc tái chế hoàn toàn các nguyên tố actinit và các công trình chu kỳ nhiên liệu tại chỗ, dựa trên các phương án xử lý tiên tiến dùng nước (aqueous), nhiệt luyện kim (pyrometallurgical) hoặc phương pháp khô khác. Tái xử lý tại chỗ cho phép giảm vận chuyển vật liệu hạt nhân, một vấn đề làm tăng rủi ro phổ biến hạt nhân. Bộ Năng lượng Mỹ đã mở rộng hoạt động điều phối để thu hút một số pháp nhân trong nước và quốc tế và tổ chức Cơ quan hợp tác năng lượng hạt nhân toàn cầu (GNEP). (Còn tiếp)

Theo KHCN Điện số 4/2008