Sau năm năm cố gắng tìm kiếm các thành phần phù hợp, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho (INL) tin rằng họ đã tạo ra công thức hoàn hảo để cung cấp nhiên liệu cho lò phản ứng muối nóng chảy phổ nhanh quan trọng đầu tiên trên thế giới.
Muối nhiên liệu Uranium clorua. Tín dụng: Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho
Thí nghiệm Lò phản ứng Clorua nóng chảy (MCRE) tại INL sẽ thử nghiệm một loại lò phản ứng hạt nhân mới sử dụng hỗn hợp muối clorua nóng chảy và urani làm nhiên liệu và chất làm mát. Thí nghiệm này cho phép các nhà nghiên cứu và nhà khoa học đánh giá tính an toàn và vật lý của lò phản ứng nhanh clorua nóng chảy mà Southern Company và TerraPower có kế hoạch xây dựng.
Loại lò phản ứng tiên tiến này là một lựa chọn hấp dẫn để cung cấp điện và nhiệt cho cộng đồng và ngành công nghiệp. Chúng hoạt động ở nhiệt độ cao hơn để cải thiện hiệu suất, có khả năng giảm phát sinh chất thải và các tính năng an toàn vốn có do thiết kế nhiên liệu lỏng.
Để tạo ra loại muối đặc biệt này cần một thành phần cực kỳ có giá trị—uranium. Quá trình này bao gồm việc chuyển đổi kim loại urani thành một hợp chất hòa tan trong muối nóng chảy, tạo thành nhiên liệu.
"Giống như nướng bánh vậy", Bill Phillips, giám đốc kỹ thuật của MCRE cho biết. Thách thức chính là hiệu quả - chuyển đổi hơn 90% nguyên liệu urani kim loại thành muối nhiên liệu có thể sử dụng. "Chưa ai từng tạo ra lượng urani clorua này trước đây", Phillips lưu ý. "Chúng tôi phải phát triển quy trình từ đầu".
Mọi chuyện bắt đầu vào năm 2020 khi Phillips và nhóm của ông bắt đầu phát triển quy trình và thiết bị cần thiết để tổng hợp muối tại Tòa nhà Khoa học ứng dụng và nhiên liệu thuộc Khu phức hợp vật liệu và nhiên liệu của INL.
Nick Smith, giám đốc dự án MCRE cho biết: "Việc này không hề dễ dàng".
"Chúng tôi bắt đầu bằng việc lãng phí quá nhiều kim loại uranium mà chúng tôi có thể tiếp cận, và chúng tôi sẽ không thể tạo ra đủ muối nhiên liệu để lò phản ứng đạt đến trạng thái tới hạn", Smith cho biết. "Sau nhiều năm thử nghiệm và sửa đổi, cuối cùng chúng tôi đã tìm ra quy trình phù hợp để đạt được sản lượng hoàn hảo.
Smith nói thêm: "Cần phải có sự kiên trì đặc biệt để tiếp tục giải quyết vấn đề khi không có gì đảm bảo rằng bạn sẽ tìm ra giải pháp".
Vượt qua thử thách
Nhóm nghiên cứu đã phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật, bao gồm nhu cầu phát triển một lò nung mẫu tùy chỉnh và thiết bị chuyên dụng để đảm bảo an toàn.
Bill Phillips, trưởng nhóm kỹ thuật của MCRE. Tín dụng: Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho
"Chúng tôi đã thực hiện các thí nghiệm với các tên thực phẩm khác nhau để giúp truyền đạt các quy trình - như bánh thiên thần hoặc súp đá", Phillips cho biết. "Ngay cả cách pha cà phê cũng giống như cách pha bằng máy ép kiểu Pháp".
Vượt qua những rào cản này là điều rất quan trọng. Phillips chỉ ra rằng uranium làm giàu cao là một nguồn tài nguyên cực kỳ có giá trị và đắt đỏ. Bằng cách sử dụng uranium nghèo để thử nghiệm, nhóm có thể thử nghiệm và tinh chỉnh các quy trình của mình mà không lãng phí vật liệu làm giàu.
"Khi tôi tham gia dự án, chúng tôi đã thành công trong việc tạo ra khoảng 2-3 ounce nhiên liệu cùng một lúc", Jacob Yingling, nhà khoa học nghiên cứu và là nhân vật chủ chốt trong phát triển công nghệ muối nhiên liệu cho biết. "Chúng tôi đã gặp khó khăn nghiêm trọng ở quy mô lớn hơn. Bây giờ chúng tôi có thể tạo ra hơn một chục pound nhiên liệu lò phản ứng trong một mẻ duy nhất".
Các dự án INL khác đang được tiến hành để xây dựng năng lực lò phản ứng muối nóng chảy toàn diện, bao gồm cơ sở đặc tính muối nóng chảy và chiếu xạ muối nhiên liệu. Năm 2023, Phillips đã tổng hợp và chiếu xạ muối clorua nóng chảy làm giàu nhiên liệu urani trong thí nghiệm Chiếu xạ kiểm soát nhiệt độ nghiên cứu muối nóng chảy, thúc đẩy sự hiểu biết về cách nhiên liệu đó sẽ hoạt động trong các lò phản ứng thương mại.
Giường thử nghiệm vòng lặp dòng chảy muối nóng chảy, mới đi vào hoạt động gần đây, cho phép theo dõi và phân tích liên tục, theo thời gian thực, giúp nghiên cứu nhiên liệu muối nóng chảy hiệu quả hơn nhiều.
Khi INL tiếp tục tiên phong trong công nghệ hạt nhân, việc phát triển muối nhiên liệu urani clorua cho MCRE đánh dấu một cột mốc quan trọng có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng trong tương lai.
Hiện tại, dự án đang ở giai đoạn quan trọng.
"Chúng tôi gần đến thời điểm có thể nướng bánh rồi", Phillips nói. Điều này có nghĩa là nhóm đã có đủ nguyên liệu và biết chính xác các điều kiện và phương pháp cần thiết.
Mục tiêu tiếp theo là chứng minh khả năng sản xuất muối MCRE làm nhiên liệu giàu ở quy mô lớn và thực hiện năm lô vào tháng 10 năm 2025.
MCRE dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm 2028, song song với quá trình phát triển nền tảng thử nghiệm Phòng thí nghiệm vận hành và thử nghiệm tại Hoa Kỳ (LOTUS), nơi MCRE sẽ là lò phản ứng thử nghiệm đầu tiên.
"Chúng tôi được thúc đẩy bởi những gì lò phản ứng clorua nóng chảy có thể làm được mà các công nghệ năng lượng khác không thể làm được", Yingling cho biết. "Mọi người tham gia vào MCRE đều có sứ mệnh triển khai công nghệ thay đổi thế giới này".
Được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
