Vấn đề xử lý chất thải phóng xạ

Pháp khánh thành nhà máy điện hạt nhân đầu tiên năm 1956 đến nay đã hơn nửa thế kỷ, hiện có 59 lò phản ứng đang hoạt động với tổng công suất 76,2 triệu kW, sản lượng điện hạt nhân năm 2008 là 418 tỷ kWh, chiếm 76,2% toàn bộ sản lượng điện. Nhờ việc tổ chức tốt công tác bảo vệ phóng xạ và an toàn hạt nhân, nhờ việc không ngừng cải tiến kỹ thuật, cho đến nay các nhà máy điện hạt nhân của Pháp chưa hề xảy ra một sự cố nghiêm trọng nào. Nhưng đối với vấn đề xử lý chất thải phóng xạ, nhiều người còn chưa hiểu rõ và tỏ nỗi lo âu.

Tôi có được hai lần tới thăm cơ sở xử lý chất thải phóng xạ của Pháp. Lần đầu tiên là vào mùa hè năm 1980, sau khi tham dự một khóa học về điện hạt nhân do Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) tổ chức ở Viện quốc gia Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân ở Paris, tôi có được tham gia một chuyến du khảo trong một tuần lễ dọc theo xa lộ từ Paris xuống Marseille thăm các nhà máy điện hạt nhân và các cơ sở hạt nhân, trong đó có nhà máy xử lý chất thải hạt nhân ở Marcoule, trên bờ sông Rhône ở miền Nam nước Pháp. Lần thứ hai là vào tháng 3 năm 2008 nhân dịp tham gia đoàn đại biểu sang thăm nhà máy điện hạt nhân và cơ sở hạt nhân của Pháp theo lời mời của Ủy ban năng lượng nguyên tử Pháp (CEA), tôi có được đến Trung tâm cất giữ chất thải hạt nhân ở tỉnh Aube thuộc vùng Champagne, nơi sản xuất rượu “Săm banh” nổi tiếng, cách Paris chừng 300 km về phía Đông. Khi trở về Paris, trong suốt hơn hai giờ ngồi cùng xe với ông Phó tổng giám đốc Cơ quan quốc gia quản lý chất thải phóng xạ ANDRA (Agence Nationale pour la gestion des déchets radioactifs), tôi đã được nghe ông kể tỉ mỉ về việc xử lý chất thải phóng xạ ở Pháp. Ông cho biết trong số các chất thải phóng xạ ở Pháp có 64,8% đến từ công nghiệp điện hạt nhân, 19,4% đến từ ngành y tế và nghiên cứu khoa học, 12,3% đến từ quốc phòng, 3,5% đến từ các ngành công nghiệp không phải điện hạt nhân (industries non électronucléaires). Tất cả các chất thải phóng xạ này đều phải được xử lý, cất giữ, cách ly để tránh gây ô nhiễm, gây chiếu xạ, ảnh hưởng tới sức khỏe và đời sống của cộng đồng. Đây là trách nhiệm của Cơ quan quốc gia quản lý chất thải phóng xạ ANDRA. Trong phạm vi bài viết này, tôi chỉ nói về việc xử lý các chất thải phóng xạ đến từ các nhà máy điện hạt nhân.

Khi lò phản ứng hạt nhân hoạt động, phản ứng dây chuyền phá vỡ hạt nhân urani – 235, độ giàu của urani giảm dần đi, đồng thời sinh ra một số lượng lớn sản phẩm phân hạch có tính phóng xạ. Sau một thời gian hoạt động những thanh nhiên liệu đã cháy phải đưa ra khỏi lò phản ứng, thay bằng các thanh nhiên liệu mới. Những thanh nhiên liệu đã cháy này được xử lý và từ đấy cho ra các chất thải phóng xạ có nhiều loại.

Theo tính toán, một lò phản ứng hạt nhân kiểu nước áp lực PWR (Pressurized Water Reactor) như lò dự định sẽ xây ở nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận công suất 1000 MW (một triệu kW) mỗi năm sẽ cho 21 tấn chất thải phóng xạ, trong ấy có: 20 tấn urani có độ giàu đã giảm từ 3% urani – 235 xuống chỉ còn 0,9%, 200 kg plutoni, 21 kg actinit (trong ấy có neptuni, amerixi, curi), 750 kg sản phẩm phân hạch trong ấy có những chất có chu kỳ bán rã rất dài như xesi – 135 (2,3 triệu năm), techixi – 99 (2,14 triệu năm), paladi – 107 (6,5 triệu năm).v.v...

Chất thải hạt nhân chia theo đời sống thành hai loại: những chất có chu kỳ bán rã dưới 30 năm thì gọi là chất có đời sống ngắn, từ 30 năm trở lên thì gọi là chất có đời sống dài.

Chất thải hạt nhân còn chia theo hoạt độ thành chất có hoạt độ rất thấp, thấp, trung bình và cao.

Trên thế giới hiện nay có hai cách giải quyết vấn đề chất thải hạt nhân. Các nước Pháp, Nga, Nhật, Anh chủ trương tái xử lý (retraitement) chất thải phóng xạ, thu hồi chất plutoni và urani có độ giàu đã giảm đi từ 3% xuống còn 0,9%, trộn oxyt plutoni và oxyt urani thành một loại nhiên liệu hạt nhân mới gọi là MOX (Mixed Oxyde) và dùng loại nhiên liệu này trong các lò phản ứng hạt nhân.

Đối với các chất phóng xạ chứa sản phẩm phân hạch có đời sống dài (chu kỳ bán rã hàng triệu năm) thì phương pháp xử lý là thủy tinh hóa (vitrification) nhằm thu nhỏ thể tích. Năm 1980, khi đến Trung tâm xử lý chất thải phóng xạ Marcoule ở bên bờ sông Rhône, tôi đã được thăm nhà máy thủy tinh hóa chất thải phóng xạ đầu tiên trên thế giới bắt đầu hoạt động từ năm 1978. Tôi đã được thấy những cái lò nung cao tần nóng rực như lò bát quái, công suất mỗi cái 200 kW, tần số 4 kHz, trong ấy thủy tinh chứa bo (verre borosilicaté) trộn lẫn với chất thải phóng xạ được nung nóng lên đến 1150oC. Dung dịch nóng chảy này được rót vào những chiếc cốc kim loại, để nguội thành những cốc thủy tinh chứa chất phóng xạ dài ngày. Những cốc thủy tinh này được cất giữ trong các tấm bê tông để sâu dưới đất. Vì chu kỳ bán rã của các chất thải phóng xạ này dài đến hàng triệu năm nên những chỗ cất giữ này chỉ là tạm thời, trong khi chờ đợi được cất giữ lâu dài trong các cấu trúc địa chất sâu chừng 500 mét, ở vùng đá hoa cương hay đất sét.

Khác với Pháp, nước Mỹ không chủ trương tái xử lý. Cách làm của Mỹ là sau khi lấy ra khỏi lò phản ứng, các thanh nhiên liệu được cho vào một bể nước ngay ở địa điểm của nhà máy điện hạt nhân để cho nguội đi trong 3 đến 5 năm. Trong thời gian ấy, những chất thải phóng xạ ngắn ngày phân rã đi và hoạt độ phóng xạ giảm đi rất nhiều. Chúng được cho vào những công ten nơ kim loại và cất trong kho 20 đến 50 năm, sau đấy đem chôn sâu 300 mét dưới mặt đất ở Yucca Mountain trong một vùng sa mạc ở bang Nevada. Theo quyết định của Quốc hội Mỹ thông qua vào năm 2002, việc chôn cất vĩnh viễn các chất thải phóng xạ tại Trung tâm Yucca Mountain có thể bắt đầu từ năm 2012.

ở Phần Lan, luật về năng lượng nguyên tử do Quốc hội thông qua năm 1987 đã qui định là các chất thải phóng xạ phải được chôn cất vĩnh viễn dưới các cấu tạo địa chất sâu. Tháng 1 – 2000, hội đồng vùng Erafoki đã chấp thuận cho chôn chất thải phóng xạ trong vùng. Mùa hè năm 2004, việc xây dựng nơi chôn cất chất thải phóng xạ trong đá hoa cương ở độ sâu 500 mét đã bắt đầu và sẽ hoàn tất vào năm 2010. Các nước Thụy Điển, Thụy Sỹ, Bỉ cũng chọn phương án chôn trực tiếp các chất thải phóng xạ.

ở các nước Đông Âu, trước đây Liên Xô (cũ) có giúp xây dựng nhà máy điện hạt nhân dùng lò phản ứng nước nhẹ kiểu VVER - 440, công suất mỗi lò 440 MW. Các nước này trước đây có ký với Liên Xô (cũ) Hiệp định quy định chất thải phóng xạ sẽ được giữ nguyên tại địa điểm xây dựng nhà máy trong 5 năm, sau đấy sẽ chở sang Liên Xô (cũ) để xử lý. Tuy nhiên, do tình hình biến động nên hiệp định này chưa được thực hiện.

Nhà máy điện hạt nhân Kozloduy ở Bungari được xây dựng từ đầu những năm 1970, cách đây đã gần 40 năm. Các chất thải phóng xạ hiện nay đang được cất giữ tại chỗ trong 3 gian nhà, mỗi nhà có 5 thùng, dung tích mỗi thùng là 500 m3. Hiện nay, tất cả các thùng đã gần đầy hết. Bungari đã ký với công ty Mỹ Westinghouse một hợp đồng trị giá 10 triệu USD để công ty này giúp xử lý các chất thải phóng xạ bằng cách dùng xi măng cô đặc rồi chôn không sâu lắm ở Novi – Ham, cách thủ đô Sofia 30 km về phía Đông.

ở nước ta, vấn đề xử lý các chất thải phóng xạ như thế nào là điều chúng ta phải suy nghĩ từ bây giờ. Nếu đề án xây dựng hai nhà máy điện hạt nhân ở Ninh Thuận, mỗi nhà máy có hai lò phản ứng nước nhẹ, công suất mỗi lò 1000 MW, lò đầu tiên bắt đầu hoạt động từ năm 2020 được Quốc hội chấp thuận, thì ngay từ cuối năm 2021 chúng ta phải xử lý 21 tấn chất thải phóng xạ và sau đấy cứ thêm một lò phản ứng 1000 MW bước vào hoạt động thì chúng ta phải xử lý thêm mỗi năm 21 tấn chất thải phóng xạ. Các chất thải phóng xạ này lúc đầu có thể được cất giữ tại chỗ trong khoảng 5 năm để giảm bớt hoạt độ phóng xạ nhờ sự phân rã của các chất phóng xạ ngắn ngày. Sau đấy, hoặc là được gửi sang nước cung cấp lò phản ứng để được tái xử lý, hoặc là được chôn cất ở độ sâu khoảng 500 mét trong các cấu tạo địa chất là đá hoa cương hay đất sét  (không thấm nước). Việc lựa chọn địa điểm chôn cất dài ngày các chất thải phóng xạ có đời sống dài sẽ phải có sự thỏa thuận với địa phương và có sự chấp thuận của Quốc hội. ở Pháp, vào tháng 6 năm 2006, Quốc hội đã đồng ý cấp kinh phí cho việc đi tìm một cấu tạo địa chất ở sâu dưới mặt đất để cất giữ vĩnh viễn các chất thải phóng xạ có đời sống dài, đồng thời cấp kinh phí để nghiên cứu việc dùng phương pháp biến đổi hạt nhân  (transmutation) để biến các chất đồng vị phóng xạ dài ngày thành ngắn ngày, thậm chí thành chất đồng vị phóng xạ bền vững, không phóng xạ.