Chất thải hạt nhân có thể trở thành nguồn nhiên liệu cho các lò phản ứng tương lai
Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ – Tháng 8/2025
Nhu cầu điện năng ngày càng tăng do xe điện và trung tâm dữ liệu AI khiến việc tìm kiếm nguồn năng lượng sạch, dồi dào trở nên cấp bách. Năng lượng nhiệt hạch (nuclear fusion), vốn kết hợp các nguyên tử hydro, hứa hẹn tạo ra lượng điện khổng lồ với lượng phát thải thấp. Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất hiện nay là sự khan hiếm triti (tritium) – nhiên liệu chính của phản ứng này.
Tại Hội nghị mùa Thu của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS Fall 2025, 17–21/8), nhà vật lý Terence Tarnowsky từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã trình bày nghiên cứu về việc sử dụng chất thải hạt nhân để sản xuất triti.
Bài toán triti
Trong khi deuterium (một dạng hydro khác) rất sẵn có, thì triti lại cực kỳ hiếm và đắt, trị giá khoảng 15 triệu USD/pound (33 triệu USD/kg). Tổng lượng triti toàn cầu chỉ ước tính 25 ± 14 kg, đủ cung cấp điện cho hơn 500.000 hộ gia đình trong 6 tháng. Hiện nguồn cung thương mại chủ yếu đến từ các lò phản ứng phân hạch ở Canada; Mỹ hoàn toàn chưa có năng lực sản xuất trong nước.
Trong khi đó, các nhà máy điện hạt nhân ở Mỹ lại tạo ra hàng nghìn tấn chất thải phóng xạ cần lưu trữ lâu dài, tốn kém và tiềm ẩn rủi ro môi trường. Ý tưởng của Tarnowsky là biến nguồn chất thải này thành tài nguyên.
Cơ chế hoạt động
Theo mô phỏng của ông, một máy gia tốc hạt có thể kích hoạt phản ứng trong chất thải hạt nhân. Quá trình này giải phóng neutron, qua nhiều bước chuyển hóa sẽ tạo ra triti. Khác với phản ứng dây chuyền khó kiểm soát của phân hạch, máy gia tốc cho phép bật/tắt linh hoạt, an toàn hơn.
Một số kết quả nổi bật:
-
Hệ thống công suất 1 GW (đủ điện cho khoảng 800.000 hộ gia đình Mỹ/năm) có thể sản xuất ~2 kg triti/năm, ngang bằng sản lượng cả năm của Canada.
-
Hiệu suất tạo triti cao gấp 10 lần so với lò phản ứng nhiệt hạch cùng công suất nhiệt.
-
Việc sử dụng muối lithium nóng chảy bao quanh chất thải có thể tăng cường làm mát, nâng cao an toàn và hạn chế nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân.
Triển vọng
Tarnowsky sẽ tiếp tục tính toán chi phí sản xuất triti, nâng cấp mô hình mô phỏng và đánh giá độ an toàn chi tiết hơn. Mục tiêu lâu dài là cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà hoạch định chính sách, biến chất thải hạt nhân thành nguồn nhiên liệu quý cho các lò phản ứng tương lai.
“Chuyển đổi năng lượng luôn tốn kém,” Tarnowsky nhấn mạnh. “Nếu có thể giảm chi phí bằng cách tái sử dụng nguồn sẵn có, chúng ta nên làm.”
