Một số thông tin an toàn hạt nhân và bức xạ của nhà máy điện hạt nhân nổi Akademik Lomonosov

Nhà máy điện hạt nhân nổi (FNPP) là một xu hướng phát triển mới của năng lượng hạt nhân, trong đó các lò phản ứng công suất thấp, khoảng 300 MW-điện được đặt trên các tàu trọng tải lớn, có khả năng di chuyển và cung cấp năng lượng cho những vùng khó triển khai cơ sở hạ tầng. Nga là quốc gia đi đầu trong việc phát triển loại công nghệ này. Nhà máy điện hạt nhân nổi Akademik Lomonosov (AL), sử dụng công nghệ KLT-40S,đã hoàn thiện đến giai đoạn cuối cùng để phát điện thương mại ở Pevek. Tuy nhiên, có một số ý kiến quan ngại về mức độ an toàn của AL. Cụ thể, tờ Independent đưa ra cảnh báo của tổ chức Greenpeace, những nhà vận động bảo vệ môi trường, về khả năng AL trở thành một “Chernobyl trên băng” và “tạo ra những nguy cơ hiện hữu đối với môi trường vốn dĩ đã rất mong manh ở Bắc Băng Dương do biến đổi khí hậu”. Dưới đây là một số thông tin về an toàn hạt nhân và an toàn bức xạ của AL.

Hình mô tả bố trí các hệ thống an toàn trong thiết kế của AL (Nguồn: ARIS)

Các đặc trưng an toàn hạt nhân       

       Kế thừa từ những nhà máy điện hạt nhân truyền thống, AL được thiết kế dựa trên những nguyên lý: Bảo vệ theo chiều sâu với nhiều lớp che chắn nhằm tối thiểu hóa lượng chất phóng xạ phát thải ra môi trường; Sử dụng đa dạng các phương pháp đảm bảo tính nguyên vẹn của các thành phần, thiết bị và hệ thống; Mỗi phương pháp đều được thiết kế có tínhdư thừa (dự trữ) và tách biệt về mặt vật lý; Áp dụng song songnguyên lý chủ động và thụ động.Cụ thểkhi xảy ra sự cố, nhiệm vụ đầu tiên là phải đưa lò phản ứng hạt nhân về trạng thái dưới tới hạn. Hệ thống dập lò khẩn cấp chủ động dùng năng lượng điện để đưa các thanh điều khiển vào vùng hoạt; hệ thống thụ động sử dụng trọng lực. Tiếp theo là nhiệm vụ tải nhiệt dư từ vùng hoạt để bảo vệ các thiết bị không bị hư hại, làm mát thùng lò phản ứng và nhà chứa lò phản ứng để hạn chế chất phóng xạ đi ra môi trường.

Bảng tóm tắt các hệ thống an toàn và chức năng hoạt động trong thiết kế của AL  (Nguồn: ARIS)

   Đối với những nguy cơ đến từ bên ngoài, AL có khả năng đưa vùng hoạt xuống trạng thái dưới tới hạn an toàn ở mức động đất tối đa 3g, không cần thiết kế bẫy vùng hoạt (core catcher) do thùng lò có thể giam giữ mọi vật liệu nóng chảy. Để tăng cường chống chịu khi va chạm với thuyền bè hoặc máy bay rơi, bề dày sàn tàu tăng từ 18 mm lên 22-30 mm (so với những thiết kế KLT trước), các vật liệu kết cấu cũng được cải tiến để nâng cao độ cứng. Do đó, AL có thể chịu được trực thăng trọng tải 11 tấn, tốc độ 15 m/s đâm vào. AL không bị ảnh hưởng bởi sóng thần do đặt ở ngoài khơi, và có những cấu trúc che chắn như đê chắn sóng.

Phát thải phóng xạ trong các điều kiện vận hành

Trong quá trình vận hành bình thường hoặc khi thay đảo nhiên liệu, chất thải phóng xạ dạng rắn, lỏng và khí được hình thành. Chất thải lỏng có hoạt độ thấp, từ 10² – 10³ kBq/lít, tổng hoạt độ có thể đạt đến 20 GBq, với thành phần là các chất ăn mòn Mn-54, Co-60 và các sản phẩm phân hạch Sr-90, Y-90, Cs-134, Cs-137, Ba-137, Ce-144, Pr-144. Chất thải phóng xạ dạng rắn có tổng thể tích lên đến 24,2 m³, hoạt độ cỡ 1834 GBq. Chất thải dạng khí được tạo thành do hiện tượng kích hoạt argon, rò rỉ ra ngoài vòng sơ cấp khi lấy mẫu nước làm mát, sửa chữa, thay đảo nhiên liệu hoặc đóng mở khoang lưu giữ nhiên liệu đã qua sử dụng. Hoạt độ khí phóng xạ bị rò rỉ ra các phòng trong FNPP có thể lên đến 370 đến 740 GBq/năm tương ứng với chế độ vận hành bình thường và thay đảo nhiên liệu. Bình thường các loại chất thải phóng xạ đều được thu gom, xử lý và lưu giữ trong AL.

Liều chiếu trong những trường hợp này, do khí – son khí gây ra cho dân chúng không vượt quá 1,3 µSv/năm ở bất kỳ khoảng cách nào, thấp hơn quy định 10 µSv/năm của cơ quan pháp quy Nga (Radiation Safety Standards - NRB-99).

Khi xảy ra sự cố nứt vỡ vòng sơ cấp,theo thiết kế chất thải dạng rắn và lỏng được giữ lại trong nhà lò, chỉ có một phần chất thải dạng khí thoát được ra môi trường. Cụ thể, nước chứa phóng xạ đạt tới 38 m³ trong lò phản ứng, 48 m³ trong thùng chứa của nhà lò, 1,2 m³ trong khoang chứa thiết bị, khi tiến hành tẩy rửa có thể tạo thêm 30 – 50 m³ chất thải phóng xạ dạng lỏng; Chất thải phóng xạ dạng rắn tạo thành từ 10 – 15 m³ (tương đương với hoạt độ 70 – 100 GBq); Lượng phóng xạ phát thải ra môi trường tổng cộng từ 840 đến 1900 GBq, tương ứng với sự cố dự kiến và không dự kiến được.Trong trường hợp xảy ra sự cố, liều chiếu tới dân chúng được giới hạn ở mức 5 mSv/năm, thiết kế nhà máy kỳ vọng liều dân chúng phải nhận ở vị trí cách nhà máy 50 m là 0,1 mSv/năm.

Lịch sử vận hành

       Trong suốt 45 năm vận hành các tàu phá bằng sử dụng công nghệ KLT, chưa có một sự cố gây phát thải phóng xạ nghiêm trọng vào môi trường. Sự cố nghiêm trọng nhất từng xảy ra năm 1996 ở tàu Arktika,  khi vết hàn trên đường ống của hệ thống bù áp bị nứt. Tốc độ rò rỉ vòng sơ cấp là 6 lít/giờ, và tổng lượng chất làm mát bị mất là 200 lít. Chất thải phóng xạ dạng khí gây ra hoạt độ 80 Bq/lít, các son khí là 190 Bq/lít. Lượng I-131 đi vào môi trường gây hoạt độ cỡ 7 MBq. Những tính toán chỉ ra liều chiếu ngoài tới dân chúng không vượt quá 1 µSv, liều chiếu trong không vượt quá 0,01 µSv trong toàn bộ thời gian sau khi xảy ra sự cố, nhỏ hơn rất nhiều so với quy định pháp quy. I-131 gây nhiễm bẩn nước và hoạt độ không vượt quá 0,02 Bq/kg, thấp hơn quy định 6,3 Bq/kg.

       Đôi khi vòng sơ cấp được mở ra, phục vụ hoạt động thay đảo nhiên liệu, sửa chữa, bảo dưỡng bơm, bình sinh hơi, đó là thời điểm có nguy cơ phát thải cao. Năm 1984 trên tàu phá băng Lenin, nồng độ son khí trong phòng chứa thiết bị đo đạc đạt mức cực đại 2,6 kBq/m³, làm hoạt độ ở vị trí cách đó 100 m tăng 0,004 Bq/m³ trong vòng 1 tuần, đây là mức cao bất thường ghi nhận được, nhưng vẫn thấp hơn quy định 10 Bq/m³. Mức độ nhiễm bẩn của đất không vượt quá 15 Bq/kg.

       Ở khu vực làm việc của hạm đội tàu phá băng Atomflot, Viện nghiên cứu Murmansk Marine Biology Institute, Nga, ghi nhận được: Nồng độ Co-60 ở độ sâu 100 m trong khoảng 2 – 27 Bq/kg, Cs-137 là 2 – 40 Bq/kg, Eu-152 là 55 Bq/kg, Cs-137 trong nước là 4,7 – 8 Bq/m³, Cs-134 là 0,2 – 0,4 Bq/m³, Cs-137 trong cá tương đương với mức bình thường là 0,3 – 1 Bq/kg. Đây là những mức độ phóng xạ nằm trong ngưỡng an toàn theo quy định của cơ quan pháp quy Nga.

       Trước những quan ngại của quốc tế, Rosatom đã nỗ lực chứng minh tính an toàn của AL, minh bạch thông tin công nghệ cũng như kết quả đo đạc và quan trắc môi trường làm việc của những tàu phá băng sử dụng công nghệ KLT. Đó là những cơ sở để các tổ chức môi trường cũng như dân chúng có cái nhìn khách quan và thiện cảm hơn về công nghệ nhà máy điện hạt nhân đầy tiềm năng, hữu dụng trong tương lai gần.

Phạm Tuấn Nam, TT Năng lượng hạt nhân

Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân