Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt cần được tiếp tục đầu tư và nâng cấp?
23 năm vận hành an toàn, Lò phản ứng (LPƯ) hạt nhân Đà Lạt đã có những đóng góp quan trọng, góp phần hình thành và mở rộng việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào các ngành kinh tế của đất nước, đồng thời góp phần quan trọng trong quá trình triển khai các nội dung của Chương trình hành động thực hiện Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đến năm 2020.
Để tiếp tục duy trì LPƯ hoạt động an toàn và khai thác hiệu quả trong thời gian tới, từ năm 2005, Dự án hiện đại hóa hệ điều khiển LPƯ đã được thực hiện. Tháng 4.2007, LPƯ hạt nhân Đà Lạt sẽ sẵn sàng vận hành với hệ điều khiển mới.
Ngày 4.3.1963, tại Trung tâm Nguyên tử Đà Lạt (nay là Viện Nghiên cứu Hạt nhân thuộc Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam), LPƯ hạt nhân mang tên TRIGA Mark II với công suất nhiệt 250 kW đã được chính thức đưa vào vận hành sau gần 3 năm xây dựng và đạt trạng thái tới hạn lần đầu vào ngày 26.2.1963. Trong tên gọi của lò, 3 chữ cái đầu (TRI) đã thể hiện 3 mục tiêu sử dụng chính của LPƯ, đó là: Huấn luyện cán bộ (T - Training), nghiên cứu khoa học (R - Research) và sản xuất chất phóng xạ (I - Isotopes production). Sau 5 năm vận hành và khai thác sử dụng (1963-1968); trong giai đoạn 1968-1975, lò tạm thời ngừng hoạt động và đến đầu năm 1975, tất cả các thanh nhiên liệu của lò được rút ra khỏi vùng hoạt, chuyển về lại Hoa Kỳ. Lò TRIGA Mark II hoàn toàn không còn khả năng để tiếp tục vận hành.
Ngày 9.10.1979, hợp đồng số 85-096/54100 về khôi phục và nâng cấp LPƯ TRIGA Mark II đã được đại diện 2 Nhà nước: Cộng hòa XHCN Việt Nam và Liên bang Xô - Viết ký kết. LPƯ được đổi tên mới là IVV-9 với công suất nhiệt thiết kế 500 kW. Tên gọi mới không gắn với mục tiêu sử dụng mà theo chức năng và nguyên tắc hoạt động của lò, đó là LPƯ nghiên cứu được làm nguội, làm chậm bằng nước, và được hiểu rằng lò có thể sử dụng cho đa mục tiêu. Ngày 15.3.1982, công trình thi công lắp đặt LPƯ mới được chính thức khởi công. Sau 20 tháng làm việc khẩn trương, ngày 30.10.1983 bắt đầu khởi động vật lý, LPƯ được nạp nhiên liệu và đạt trạng thái tới hạn vào lúc 19 giờ 50 phút ngày 1.11.1983 với 69 bó nhiên liệu. Ngày 20.3.1984, LPƯ được chính thức đưa vào vận hành với công suất nhiệt danh định theo đúng thiết kế. Như vậy, đến nay LPƯ IVV-9 hay còn gọi là LPƯ hạt nhân Đà Lạt đã tròn 23 năm vận hành (20.3.1984-20.3.2007).
Sau khi được khôi phục và nâng cấp, các mục tiêu chính của LPƯ như: Phục vụ chiếu mẫu để sản xuất đồng vị phóng xạ, phân tích kích hoạt nơtron, nghiên cứu vật lý hạt nhân và vật lý LPƯ, đào tạo cán bộ... vẫn được đảm bảo và mở rộng quy mô so với lò TRIGA trước đây. Cũng nhờ có LPƯ, Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt nói riêng và ngành năng lượng nguyên tử nước ta nói chung đã thu được nhiều thành tích trong việc chuyển giao ứng dụng kỹ thuật hạt nhân cho các ngành nhằm phục vụ phát triển kinh tế - xã hội của đất nước; xây dựng một tiềm lực về cơ sở vật chất và đội ngũ cán bộ ngang tầm với nhiều cơ sở nghiên cứu hạt nhân trong khu vực, làm tiền đề cho chương trình phát triển điện hạt nhân của nước ta trong tương lai. Dưới đây, xin điểm lại một số ứng dụng điển hình mà LPƯ hạt nhân Đà Lạt đã và đang đáp ứng cho công tác nghiên cứu khoa học và triển khai ứng dụng kỹ thuật hạt nhân phục vụ các ngành kinh tế - xã hội.
Về công tác vận hành, tính đến tháng 3.2007, LPƯ đã có gần 3.000 giờ hoạt động an toàn. Chỉ tiêu này cũng chính là một thành tựu, chứng tỏ ngành hạt nhân nước ta đã tập hợp được một đội ngũ các cán bộ khoa học, kỹ thuật và công nghệ chuyên ngành, được rèn luyện theo tác phong làm việc công nghiệp, đủ khả năng làm chủ trong vận hành, bảo dưỡng, đảm bảo kỹ thuật và khai thác, sử dụng các thiết bị khoa học phức tạp như LPƯ hạt nhân.
Về hiệu quả khai thác sử dụng, LPƯ Đà Lạt được Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đánh giá là một trong các LPƯ nghiên cứu được sử dụng hiệu quả với các mục tiêu chính sau:
- Với thông lượng nơtron cao so với công suất của lò, thông lượng nơtron nhiệt đạt 2x1013 n.cm-2.s-1 tại hốc chiếu trung tâm vùng hoạt và khoảng 4x1012 n.cm-2.s-1 tại các hốc chiếu mẫu của mâm quay nằm trong vành phản xạ ở phía ngoài vùng hoạt, LPƯ được sử dụng để chiếu xạ mẫu theo các phản ứng (n, g) để nghiên cứu và điều chế nhiều loại đồng vị và dược chất phóng xạ. 23 năm qua, gần 3.000 Ci đồng vị phóng xạ các loại đã được ngành y tế sử dụng cho mục đích chẩn đoán và điều trị bệnh, trong đó có thể kể đến: 131I dạng dung dịch tiêm và viên con nhộng, 32P dạng tấm áp và dung dịch, máy phát đồng vị 99mTc từ 99Mo, dung dịch 51Cr, 153Sm, các loại KIT invivo và invitro,… phục vụ chẩn đoán và điều trị bệnh cho hàng trăm ngàn lượt bệnh nhân mỗi năm.
Đồng vị phóng xạ cũng được sử dụng để nghiên cứu đánh giá các quá trình tự nhiên như hiện tượng trầm tích và sa bồi của các công trình thủy lợi và thủy điện, nghiên cứu quá trình xói mòn đất, mất dinh dưỡng đất..., điển hình là các nghiên cứu đánh giá sự di chuyển bùn cát trong luồng tàu Cảng Hải Phòng, Cảng Định An, nghiên cứu lựa chọn vị trí các bãi đổ bùn cát phục vụ cho công tác duy tu, nạo vét luồng tàu; khảo sát bồi lắng các lòng hồ thủy điện Trị An, thủy điện Thác Mơ,… Theo hướng ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong các ngành công nghiệp, kỹ thuật đánh dấu được sử dụng hiệu quả trong thăm dò và khai thác dầu khí, như nghiên cứu xác định mặt cắt tiếp nhận nước bơm ép, hiện tượng ngập lụt theo phương pháp liên giếng, xác định lượng dầu dư bão hòa,… đã được áp dụng thành công trên các mỏ dầu Bạch Hổ, Rạng Đông, Sư Tử Đen trên thềm lục địa của nước ta. Các kỹ thuật đồng vị phóng xạ và nguồn kín để nghiên cứu đánh giá hiệu suất của các hệ thống xử lý chất thải lỏng công nghiệp, khảo sát các tháp hấp thụ trong các nhà máy công nghiệp,... cũng được nghiên cứu và áp dụng.
- Sử dụng kỹ thuật kích hoạt mẫu bằng chiếu xạ chùm nơtron trong LPƯ, các phương pháp phân tích nguyên tố đã được xây dựng. Đó là phương pháp phân tích kích hoạt nơtron dụng cụ (INAA), kích hoạt nơtron có xử lý hóa phóng xạ (RNAA), kích hoạt nơtron-gamma tức thời (PGNAA),… cùng với các phương pháp bổ trợ khác không sử dụng LPƯ như phân tích huỳnh quang tia X, đo mẫu có hoạt độ phóng xạ thấp, các kỹ thuật nhấp nháy lỏng, sắc ký lỏng cao áp, sắc ký khí, cực phổ, quang phổ kế vùng khả kiến và tử ngoại, quang kế ngọn lửa, huỳnh quang kế, quang phổ hấp thụ nguyên tử, sắc ký ion,... đã xây dựng đồng bộ một Trung tâm Phân tích kiểm định với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu phân tích, nghiên cứu của các ngành địa chất, dầu khí, nông nghiệp, sinh học và nghiên cứu môi trường,… Trong 23 năm qua đã có gần 55.000 mẫu các loại được phân tích.
- Hướng nghiên cứu chiếu xạ vật liệu thường được nghiên cứu trên các LPƯ có công suất lớn, tuy vậy một số nghiên cứu xây dựng phương pháp như chiếu xạ tạo màu đá quý và bán quý (topaz, saphire); chiếu xạ pha tạp 31P vào đơn tinh thể silic theo phản ứng 30Si(n, g)31Si sau khi phân rã b; chiếu xạ linh kiện điện tử để nghiên cứu khả năng chịu bức xạ của chúng,… cũng được thực hiện trên LPƯ hạt nhân Đà Lạt.
- Nghiên cứu cơ bản về vật lý hạt nhân và vật lý nơtron sử dụng các chùm nơtron từ các kênh ngang của LPƯ là một hướng đặc thù và là một trong những thế mạnh của các LPƯ nghiên cứu trên thế giới. Tuy hiện nay, chỉ sử dụng 2 kênh cho mục đích nghiên cứu và ứng dụng nhưng với các hệ thiết bị đã được trang bị như hệ phổ kế phân tích kích hoạt nơtron-gamma tức thời (PGNAA) xử lý tín hiệu số (DSP), hệ phổ kế thời gian với 2 detector bán dẫn siêu tinh khiết (HPGe) để nghiên cứu cấu trúc và số liệu hạt nhân theo phương pháp cộng biên độ các xung trùng phùng…, tại LPƯ hạt nhân Đà Lạt đã thực hiện được nhiều nghiên cứu đạt trình độ của các phòng thí nghiệm thế giới, đã công bố nhiều công trình khoa học trên các tạp chí khoa học trong và ngoài nước.
- Về nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý - kỹ thuật lò, đặc biệt là các nghiên cứu tính toán và đo đạc thực nghiệm xác định các đặc trưng tĩnh học và động học của LPƯ hạt nhân Đà Lạt, một LPƯ có đặc thù là lai tạo thiết kế của LPƯ TRIGA trước đây sử dụng loại nhiên liệu có độ giàu thấp và có tính an toàn nội tại cao do hệ số nhiệt độ âm lớn với thiết kế vùng hoạt mới của lò IVV-9 sử dụng loại nhiên liệu có độ giàu cao: Đến nay, các cán bộ vật lý - kỹ thuật lò của ngành đã làm chủ được công nghệ trong bảo dưỡng và vận hành thiết bị, trong xây dựng và khai thác tốt các công cụ tính toán hiện đại để tính toán nơtron, thủy nhiệt và phân tích an toàn. Kết quả quan trọng là đã xây dựng được một đội ngũ cán bộ có chuyên môn sâu, có thể trao đổi hợp tác với các phòng thí nghiệm nghiên cứu lớn trên thế giới.
Có được những kết quả nêu trên là sự tổng hợp của nhiều yếu tố, là sự cố gắng của từng cá nhân của các thế hệ cán bộ, sự chỉ đạo sát sao của ngành, sự quan tâm đầu tư của Nhà nước và sự hỗ trợ của các tổ chức quốc tế, đặc biệt là IAEA. Trong nhiều năm qua, LPƯ và các hệ thiết bị công nghệ của lò thường xuyên được duy tu, nâng cấp, đáp ứng những yêu cầu chuẩn mực về các tiêu chuẩn an toàn của quốc gia và quốc tế. Sau dự án khôi phục và nâng cấp LPƯ giai đoạn 1982-1984, dự án tổng kiểm tra đại tu giai đoạn 1992-1994 sau 10 năm vận hành LPƯ đã được thực hiện với kinh phí trên 4 tỷ đồng, nhằm phục hồi khả năng làm việc của các hệ công nghệ. Cũng trong thời gian đó, một dự án hỗ trợ kỹ thuật của IAEA nhằm cải tạo hệ điều khiển LPƯ với kinh phí khoảng 350.000 USD đã được tiến hành hiệu quả.
Để tiếp tục duy trì LPƯ hoạt động an toàn và khai thác hiệu quả trong vài thập kỷ tới, các hệ công nghệ cần được hiện đại hóa, trong đó có hệ điều khiển - bộ phận đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong hoạt động của LPƯ. Dự án hiện đại hóa hệ điều khiển được đầu tư từ 2 nguồn kinh phí (trên 6 tỷ đồng từ ngân sách sự nghiệp khoa học và khoảng 250.000 USD từ dự án viện trợ kỹ thuật của IAEA) được bắt đầu thực hiện từ năm 2005. Cuối tháng 11.2006, các thiết bị của hệ điều khiển mới đã được Công ty SNIIP-SYSTEMATOM - Công ty đã thiết kế hệ điều khiển cũ trước đây, chuyển đến Đà Lạt. Công việc lắp đặt đã được các chuyên gia của Công ty và các cán bộ của Viện Nghiên cứu Hạt nhân thực hiện từ ngày 8.12.2006, sau khi có sự xem xét kỹ càng về mặt an toàn của các cấp quản lý, sự tư vấn của các chuyên gia IAEA và có giấy phép của Bộ Khoa học và Công nghệ.
Sau gần 4 tháng lao động khẩn trương với tinh thần trách nhiệm cao, các thiết bị của hệ điều khiển mới đã được lắp đặt và thử nghiệm, các bó nhiên liệu được nạp lại vào vùng hoạt để đưa lò vào làm việc thử nghiệm nhằm có được các thông số kỹ thuật cần thiết trước khi hoàn thiện hồ sơ xin cấp phép đưa hệ điều khiển chính thức vào hoạt động. Khác với lần khởi động vật lý vào cuối tháng 10.1983 trước đây là chưa biết chính xác số bó nhiên liệu cần nạp vào vùng hoạt, lần này cấu hình vùng hoạt với 106 bó nhiên liệu đã được xác định, tức là giữ nguyên cấu hình làm việc như trước khi tháo dỡ hệ hệ điều khiển cũ. Tuy vậy, những thận trọng về mặt an toàn vẫn được cả phía Viện Nghiên cứu Hạt nhân và các chuyên gia Nga tính toán, suy xét chu đáo. Chương trình thử nghiệm hệ điều khiển mới để chuẩn công suất nhiệt, để đo đạc các thông số tĩnh học và động học của LPƯ được hoàn thành trong tháng 3.2007. Từ tháng 4.2007, LPƯ hạt nhân Đà Lạt sẽ sẵn sàng vận hành với hệ điều khiển mới, hiện đại hơn nhiều so với hệ cũ trước đây, đảm bảo để LPƯ được vận hành an toàn trên 10 năm nữa.
LPƯ hạt nhân Đà Lạt là một trong 35 LPƯ nghiên cứu thuộc 28 quốc gia trên thế giới được IAEA quản lý thông qua Dự án viện trợ và thoả thuận cung cấp nhiên liệu (IAEA Project and Supply Agreements). Hiện nay, lò đang hoạt động với các bó nhiên liệu có độ giàu cao (36% 235U). Theo khuyến cáo của IAEA và theo xu thế chung trên thế giới, Việt Nam đã cam kết tham gia chương trình giảm độ giàu của LPƯ nghiên cứu và lò thử nghiệm (the Reduced Enrichment for Research and Test Reactor programme) và chương trình chuyển trả nhiên liệu của các LPƯ do Nga thiết kế, xây dựng tại nước ngoài (the Russian Research Reactor Fuel Return programme), dự án chuyển đổi nhiên liệu LPƯ từ loại có độ giàu cao (36% 235U) sang loại có độ giàu thấp (< 20% 235U) đang được triển khai thực hiện. Trước mắt, trong năm 2007 sẽ thực hiện hai hợp đồng liên quan đến dự án chuyển đổi, đó là: Hợp đồng chuyển trả 34 bó nhiên liệu độ giàu cao chưa sử dụng về Liên bang Nga và hợp đồng nhận 36 bó nhiên liệu có độ giàu thấp từ Liên bang Nga để nạp vào vùng hoạt của LPƯ. Theo kế hoạch, cả 2 hợp đồng sẽ hoàn thành trong quý 4.2007.
Thực hiện thành công 2 dự án nêu trên, cùng với việc tiếp tục được đầu tư kinh phí hàng năm từ ngân sách nhà nước cho công tác duy tu, bảo dưỡng các hệ công nghệ khác, LPƯ hạt nhân Đà Lạt sẽ tiếp tục được vận hành và khai thác hiệu quả với các chức năng chính hiện nay là: Sản xuất đồng vị phóng xạ, phân tích kích hoạt mẫu, nghiên cứu cơ bản về vật lý hạt nhân và vật lý nơtron, đào tạo đội ngũ cán bộ cho ngành ít nhất đến năm 2017 - thời điểm mà nước ta cần có một LPƯ nghiên cứu mới với công suất cao gấp 10-20 lần LPƯ Đà Lạt thì mới đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao của các ngành, nhất là nhu cầu sử dụng đồng vị phóng xạ của ngành y tế.
Như vậy, có thể khẳng định rằng LPƯ hạt nhân Đà Lạt đã, đang và sẽ tiếp tục có những đóng góp quan trọng, góp phần hình thành và mở rộng thị trường ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào các ngành kinh tế; xây dựng tiềm lực cho sự phát triển của ngành hạt nhân nước nhà, góp phần quan trọng trong quá trình triển khai các nội dung của Chương trình hành động thực hiện Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đến năm 2020 và cũng chính là để trả lời câu hỏi: Tại sao LPƯ hạt nhân Đà Lạt cần được tiếp tục đầu tư và nâng cấp?
Theo tạp chí Hoạt động khoa học
