Các kỹ sư tạo ra lò phản ứng hạt nhân vi muối nóng chảy để sản xuất năng lượng hạt nhân an toàn hơn
bởi Todd Hollingshead, Đại học Brigham Young
Giáo sư kỹ thuật hóa học của BYU Matthew Memmott làm việc trong phòng thí nghiệm của mình trong khuôn viên trường. Nguồn: Ảnh Brooklyn Jarvis Kelson / BYU
Một nhà máy điện hạt nhân tạo ra năng lượng gấp 8000 lần so với nhiên liệu hóa thạch và thân thiện với môi trường, nhưng khi tai nạn xảy ra, chúng sẽ gây ra những hậu quả lớn, chẳng hạn như thảm họa Chernobyl năm 1986. Gần 100 người chết vì tai nạn hoặc vì bệnh phóng xạ trong những năm sau đó.
Giáo sư và chuyên gia kỹ thuật hạt nhân của BYU Matthew Memmott và các đồng nghiệp của ông đã thiết kế một hệ thống mới để sản xuất năng lượng hạt nhân an toàn hơn: một lò phản ứng hạt nhân vi hạt muối nóng chảy có thể giải quyết tất cả những vấn đề này và hơn thế nữa.
Lò phản ứng hạt nhân tiêu chuẩn được sử dụng ở Mỹ là Lò phản ứng nước nhẹ. Các nguyên tử uranium bị tách ra để tạo ra năng lượng, và các sản phẩm còn sót lại sẽ tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Chúng được giữ trong các thanh nhiên liệu rắn, và nước được chạy qua các thanh để giữ cho mọi thứ đủ mát. Nếu không có đủ dòng nước làm mát, các thanh có thể quá nóng và toàn bộ cơ sở có nguy cơ xảy ra sự cố hạt nhân. Giải pháp của Memmott là lưu trữ các nguyên tố phóng xạ này trong muối nóng chảy thay vì thanh nhiên liệu.
Memmott nói: “Năng lượng hạt nhân có thể cực kỳ an toàn và giá cả phải chăng. "Đó là một giải pháp rất tốt cho tình hình năng lượng mà chúng ta đang gặp phải vì không có khí thải hoặc ô nhiễm từ nó."
Trong lò phản ứng mới của Memmott, trong và sau khi phản ứng hạt nhân xảy ra, tất cả các sản phẩm phụ phóng xạ đều bị hòa tan thành muối nóng chảy. Các nguyên tố hạt nhân có thể phát ra nhiệt hoặc phóng xạ trong hàng trăm nghìn năm trong khi chúng nguội dần, đó là lý do tại sao chất thải hạt nhân lại nguy hiểm đến vậy (và tại sao trong quá khứ, việc tìm kiếm một nơi để xử lý chúng rất khó khăn). Tuy nhiên, muối có nhiệt độ nóng chảy cực kỳ cao - 550 ° C - và không mất nhiều thời gian để nhiệt độ của các nguyên tố này trong muối giảm xuống dưới điểm nóng chảy. Một khi muối kết tinh, nhiệt bức xạ sẽ được hấp thụ vào muối (không nóng chảy), loại bỏ nguy cơ xảy ra sự cố hạt nhân tại một nhà máy điện.
Một lợi ích khác của thiết kế lò phản ứng hạt nhân muối nóng chảy là nó có khả năng loại bỏ chất thải hạt nhân nguy hiểm. Các sản phẩm của phản ứng được chứa trong muối một cách an toàn, không cần lưu trữ chúng ở nơi khác. Hơn nữa, nhiều sản phẩm trong số này có giá trị và có thể được lấy ra khỏi muối và bán.
Ví dụ, Molypden-99 là một nguyên tố cực kỳ đắt tiền được sử dụng trong các quy trình hình ảnh y tế và quét có thể được trích xuất. Hoa Kỳ hiện mua toàn bộ Molybdenum-99 của mình từ Hà Lan, nhưng với lò phản ứng này, lò phản ứng này có thể dễ dàng được sản xuất trong nước, khiến nó dễ tiếp cận hơn và giá cả phải chăng. Coban-60, vàng, bạch kim, neodymium và nhiều nguyên tố khác cũng có thể được lấy ra khỏi muối, dẫn đến khả năng không có chất thải hạt nhân.
Memmott nói: “Khi chúng tôi rút ra các nguyên tố có giá trị, chúng tôi thấy rằng chúng tôi cũng có thể loại bỏ oxy và hydro. "Thông qua quá trình này, chúng tôi có thể làm cho muối sạch hoàn toàn trở lại và tái sử dụng. Chúng tôi có thể tái chế muối vô thời hạn."
Một nhà máy điện hạt nhân điển hình được xây dựng với diện tích hơn một dặm vuông để hoạt động nhằm giảm nguy cơ bức xạ, với lõi chính là 30 ft x 30 ft. Lò phản ứng hạt nhân muối nóng chảy của Memmott có kích thước 4 ft x 7ft và vì không có rủi ro một cuộc khủng hoảng không cần thiết phải có một khu vực rộng lớn tương tự bao quanh nó. Lò phản ứng nhỏ này có thể tạo ra đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho 1000 ngôi nhà ở Mỹ. Nhóm nghiên cứu cho biết mọi thứ cần thiết để vận hành lò phản ứng này được thiết kế để vừa với giường xe tải dài 40 feet; có nghĩa là lò phản ứng này có thể cung cấp điện năng tới những nơi rất xa.
Những người khác đã giúp đỡ dự án này là các giáo sư của BYU Troy Munro, Stella Nickerson, John Harb, Yuri Hovanski, Ben Frandsen, và sinh viên tốt nghiệp của BYU Andrew Larsen.
Memmott sử dụng sự tương tự của một con chip silicon để so sánh khả năng của lò phản ứng mới này với lò phản ứng cũ. Khi máy tính lần đầu tiên được phát minh, nó cần một ống chân không khổng lồ điều khiển dòng điện tử và toàn bộ căn phòng để chạy một máy tính rất hạn chế, rất đơn giản. Mặc dù vậy, chúng tôi không còn sử dụng công nghệ đó nữa vì ai đó đã phát minh ra chip silicon, cho phép công nghệ tiến tới những thiết bị nhỏ bé và hiệu quả mà chúng ta có ngày nay. Chip silicon đã khắc phục các vấn đề với các máy tính đời đầu và lò phản ứng muối nóng chảy này có thể khắc phục các sự cố với lò phản ứng hạt nhân hiện tại.
Memmott nói: “Trong 60 năm qua, mọi người đã phản ứng dữ dội rằng hạt nhân là xấu, nó to và nguy hiểm. "Những nhận thức đó dựa trên các vấn đề tiềm ẩn cho thế hệ thứ nhất, nhưng việc có lò phản ứng muối nóng chảy tương đương với việc có một con chip silicon. Chúng ta có thể có những lò phản ứng nhỏ hơn, an toàn hơn, rẻ hơn và thoát khỏi những vấn đề đó."
