Earth 2050
MỚI

Điện

Năng lượng hạt nhân

Năng lượng hạt nhân: Nên hay không?

Ít chủ đề nào gây chia rẽ ý kiến như năng lượng hạt nhân. Chúng tôi giải thích cách phân hạch tạo ra điện mà không đốt nhiên liệu hóa thạch, vì sao nguồn điện ổn định có thể hỗ trợ năng lượng tái tạo, và lịch sử cho chúng ta biết gì về tai nạn và chất thải. Chúng tôi cũng xem xét chi phí và thời gian triển khai, lưu trữ chất thải dài hạn, cùng những nơi các thiết kế mới như lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) có thể xuất hiện tiếp theo, từ tàu chở container chạy bằng năng lượng hạt nhân đến trung tâm dữ liệu.

Tải Hướng Dẫn
Tác độngTốc độChi phíĐộ trưởngthànhThiên nhiên

3,2tổng thể

Điểm số của giải pháp này

  • Tác động5 / 5Cung cấp lượng điện lớn, ổn định, ít carbon, bất kể thời tiết.
  • Tốc độ2 / 5Các nhà máy mới thường mất một thập kỷ hoặc lâu hơn mới đi vào hoạt động.
  • Chi phí2 / 5Chi phí ban đầu rất cao, tình trạng đội vốn đã kéo dài nhiều năm.
  • Độ trưởng thành5 / 5Công nghệ đã hoàn thiện, vận hành khắp thế giới nhiều thập kỷ; các lò phản ứng nhỏ hơn đang được phát triển.
  • Thiên nhiên2 / 5Chiếm rất ít đất, nhưng khai thác uranium, chất thải phóng xạ và việc dùng nước là những vấn đề.

Hướng dẫn

Đây là bản chép lời có minh họa của bộ phim. Hướng dẫn hiện chỉ có bằng tiếng Anh - ngôn ngữ của bạn sắp có.

Hướng dẫn 1/10Hướng dẫn 2/10Hướng dẫn 3/10Hướng dẫn 4/10Hướng dẫn 5/10Hướng dẫn 6/10Hướng dẫn 7/10Hướng dẫn 8/10Hướng dẫn 9/10Hướng dẫn 10/10

Trắc nghiệm

Câu hỏi 1 trong tổng số 10

Ai là người đầu tiên nêu ra ý tưởng về nguyên tử, vào khoảng năm 430 TCN?

Điểm số 0 / 10

Lời thoại

Nguyên tử có vẻ bé tí, nhưng những viên gạch siêu nhỏ này chứa tiềm năng năng lượng khổng lồ, có thể là lời giải cho một trong những thử thách lớn nhất của loài người: giữ đèn sáng mà không làm hành tinh rối tung lên.

Vấn đề là, khai thác năng lượng nguyên tử hơi khó nhằn, và làm sai thì không vui lắm đâu. Cùng xem những điều kỳ diệu của điện hạt nhân nhé.

Dù con người đúng nghĩa được tạo thành từ nguyên tử, chẳng ai biết chúng tồn tại cho đến khi các triết gia Hy Lạp cổ đại Leucippus và Democritus nêu ra khái niệm này vào khoảng năm 430 TCN [1,2,3]. Nhưng không có bằng chứng, gần như ai cũng lờ họ đi.

Đến những năm 1900, sự tồn tại của nguyên tử cuối cùng cũng được chứng minh [4,5,6], và năm 1938, bộ đôi người Đức đầy năng lượng Otto Hahn và Fritz Strassmann, với sự giúp sức của Lise Meitner thường bị bỏ quên, đã tìm ra cách tách nguyên tử để giải phóng lượng năng lượng khổng lồ - một quá trình gọi là Phân hạch hạt nhân [7,8,9].

Đương nhiên, việc đầu tiên con người làm là chế tạo bom [10]. Nhưng khi bụi lắng xuống, ai đó nhận ra năng lượng nguyên tử cũng có thể chạy máy nướng bánh, tivi và đèn bàn, thế là điện hạt nhân ra đời [11,12].

Nhưng chính xác thì năng lượng nguyên tử được giải phóng thế nào?

Đầu tiên, bạn cần đúng loại nguyên tử. Những nguyên tử nặng, phóng xạ như uranium-235 dễ tách nhất vì chúng không ổn định [13,14,15].

Khi nhét chúng vào các thanh nhiên liệu, đưa vào lò phản ứng hạt nhân và bắn phá bằng các hạt hạ nguyên tử gọi là neutron, nguyên tử có thể bị ép vỡ ra, giải phóng thêm neutron - rồi những hạt này, như trò domino nguyên tử, đâm vào các nguyên tử uranium khác, gây ra phản ứng dây chuyền.

Việc này tạo ra nhiệt biến nước thành hơi, làm quay tuabin để phát điện, mà không cần đốt cháy hay thải ra bất kỳ carbon nào [16-19].

So với một kilôgam than, một kilôgam uranium tạo ra năng lượng nhiều hơn 150.000 lần [20,21,22], và vì uranium khá phổ biến trên Trái Đất [23,24,25], nguồn năng lượng ít carbon này có thể dùng được hàng thế kỷ [26].

Nhờ thay thế nhiên liệu hóa thạch, nó đã ngăn gần 70 tỷ tấn carbon dioxide bị thải ra trong 50 năm qua [27] …nhiều CO2 hơn tổng lượng Nhật Bản hay Ấn Độ từng thải ra [28].

Nhưng có lẽ điểm mạnh lớn nhất của nó là khả năng cung cấp điện liên tục và đáng tin cậy, nghĩa là nó có thể giải quyết thử thách lớn nhất của điện gió và mặt trời: vấn đề gián đoạn. Vì gió và mặt trời phụ thuộc vào thời tiết, chúng không phải lúc nào cũng có thể cấp điện khi cần [29-32].

Vậy nên cho đến khi con người tìm ra cách lưu đủ năng lượng gió và mặt trời để dùng vào những ngày nhiều mây, lặng gió [33], điện hạt nhân có thể là nguồn điện nền ổn định quan trọng, giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Nó đã chiếm 9% [34-37] sản lượng điện toàn cầu.

Vậy sao con người không dùng nó nhiều hơn?

Hãy nói về chuyện ai cũng biết nhưng thường né tránh: Three Mile Island [38,39], Chernobyl [40,41], Fukushima [42,43]. Những tai nạn hạt nhân này rõ ràng chẳng giúp hình ảnh của điện hạt nhân đẹp lên - tất cả đều liên quan đến lỗi làm mát lõi lò phản ứng và sai sót của con người.

Lõi quá nóng có thể nóng chảy [44,45,46], giải phóng mức phóng xạ nguy hiểm có thể tồn tại hàng thập kỷ… [47-50] và điều đó dẫn ta đến một nhược điểm lớn khác: chất thải hạt nhân!

Khi nguyên tử uranium tách ra, chúng không chỉ giải phóng năng lượng, mà còn tạo ra các sản phẩm phân hạch có tính phóng xạ cực mạnh, như cesium-137 và strontium-90, tồn tại hàng thập kỷ và để lại nhiên liệu đã qua sử dụng vẫn có tính phóng xạ suốt hàng thiên niên kỷ [51,52,53].

Chất thải hạt nhân cũng có thể được tái xử lý để tách plutonium làm vũ khí hạt nhân, tạo ra nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân khi ngày càng nhiều nước có cách chế tạo bom [54,55,56].

Rồi còn chi phí nữa. Các nhà máy điện hạt nhân lớn xây chậm và đắt [57,58,59], đôi khi mất hàng thập kỷ và ngốn hàng chục tỷ đô la [60,61,62] - nhiều hơn hẳn điện gió, điện mặt trời, hay cả nhiên liệu hóa thạch.

Tệ hơn, việc xây nhà máy điện mới đã đắt hơn trong vài thập kỷ gần đây, trong khi các nguồn như gió và mặt trời lại rẻ đi rất nhiều [63,64,65].

Vậy sao con người vẫn bận tâm đến điện hạt nhân?

Đáng ngạc nhiên là điện hạt nhân thực ra an toàn hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch, thứ thải ra các chất gây ô nhiễm không khí độc hại khiến hàng triệu người chết mỗi năm [65-71] - nhiều hơn rất xa số người điện hạt nhân từng giết trong cả lịch sử! [72-81].

Thực tế, điện hạt nhân được xếp là nguồn năng lượng an toàn thứ hai sau điện mặt trời [82,83].

Nhưng còn vấn đề chất thải hạt nhân thì sao? Trước đây, con người đã chứa nó trong các thùng bê tông lớn [84] hoặc chôn trong hầm ngầm để ngăn rò rỉ [85,86].

Các kho chứa địa chất sâu [87,88,89] có thể lưu chất thải an toàn hàng thiên niên kỷ đang được xây dưới lòng đất ở Phần Lan, Thụy Điển và Pháp. Vậy nên dù chất thải là một thách thức, nó có thể được xử lý, và tổng lượng chất thải tạo ra rất nhỏ so với năng lượng sản xuất [90].

Còn Plutonium phiền phức kia? Giờ đây rất khó tách vật liệu cấp-vũ-khí từ chất thải của các lò phản ứng hiện đại, nên gần như không còn mấy cơ hội nghịch dại! [91,92].

Và còn lại vấn đề cuối cùng: chi phí. Dù nhà máy điện đắt khi xây, một khi vận hành chúng thường chạy khá rẻ trong 60 đến 80 năm [93,94,95] - lâu hơn hẳn các hệ thống điện gió và mặt trời, vốn chỉ có tuổi-thọ 20 đến 30 năm [96,97,98]. Nhà máy hạt nhân cũng có thể cắm thẳng vào lưới điện sẵn có, trong khi điện gió và mặt trời cần nâng cấp lưu trữ và truyền tải vì tính gián đoạn của chúng [34,35,99,100].

Các thiết kế lò phản ứng tiên tiến, như lò muối nóng chảy, có thể cải thiện thêm độ an toàn và hiệu suất. Nhờ dùng nhiên liệu lỏng, chúng có thể hoạt động với hiệu suất nhiệt cao hơn ở áp suất thấp hơn. Chúng cũng có cơ chế tự-an-toàn tốt hơn: nếu nhiên liệu quá nóng, nó làm chảy một nút chặn và nhiên liệu tự động được xả ra để nguội. Thế là tránh được thảm kịch! [101-106]

Người ta cũng ngày càng hào hứng với các lò phản ứng mô-đun nhỏ, được chế tạo tại nhà máy bên ngoài công trường, và có thể giảm chi phí trả-trước cũng như đẩy nhanh xây dựng [107-110]. Các gã khổng lồ công nghệ đang tìm hiểu cách dùng chúng để cấp điện cho trung tâm dữ liệu [111,112,113], các công ty vận tải biển cũng đang tìm hiểu cách dùng chúng để cấp điện cho tàu container tương lai [114-118].

Vậy, câu hỏi lớn là: Con người có nên dùng năng lượng hạt nhân? Ừm, không nguồn năng lượng nào hoàn hảo, và phân hạch hạt nhân chắc chắn có nhược điểm, chủ yếu là nó đắt và có thể mất hàng thập kỷ để xây.

Trong khi đó, các trang trại điện gió và mặt trời lắp nhanh hơn và rẻ hơn [119,120,121], còn chi phí của chúng - cùng chi phí lưu trữ bằng pin - đang giảm nhanh [122,123,124] và dự kiến sẽ tiếp tục giảm trong vài thập kỷ tới [125-128].

Đến khi các nhà máy hạt nhân mới hay cả lò phản ứng mô-đun đi vào hoạt động, công nghệ phát triển nhanh hơn như gió và mặt trời (được hỗ trợ bởi lưu trữ bằng pin) có thể đã chiếm tâm điểm [125-131], khiến điện hạt nhân trông như… ừm, đến hơi muộn.

Nhưng hiện giờ, hạt nhân là một trong số ít lựa chọn ít carbon có thể cung cấp điện liên tục, an toàn và đáng tin cậy. Vậy nên, nếu con người thực sự nghiêm túc chuyện cắt giảm carbon [132], thì ít nhất, giữ các nhà máy hạt nhân hiện có tiếp tục hoạt động không chỉ là quản lý rủi ro thông minh - mà là điều thiết yếu.

Dù công nghệ hạt nhân mới có kịp trở nên hiệu quả về chi phí, hay các giải pháp lưu trữ năng lượng sẽ khiến năng lượng tái tạo thành lựa chọn hàng đầu, có một điều rõ ràng… Cuộc đua đã bắt đầu!

Cố vấn Chuyên gia

Xin cảm ơn

Prof. Ian Farnan

Đại học Cambridge

Trung tâm Năng lượng Hạt nhân Cambridge

Dr. Nathaniel Read

Đại học Cambridge

Phòng Kỹ thuật

Prof. Simon Middleburgh

Đại học Bangor

Viện Tương Lai Hạt Nhân

Prof. James Marrow

Mansfield College, Đại học Oxford

Khoa Vật liệu

Video Khác

Những tài liệu này không liên kết với chúng tôi. Mọi nội dung được liên kết ở đây đều bằng tiếng Anh.

Vấn đề và kinh tế - Tình hình ở Pháp & Đức

Đọc Thêm

Những tài liệu này không liên kết với chúng tôi. Mọi nội dung được liên kết ở đây đều bằng tiếng Anh.

Tóm tắt về lò phản ứng hạt nhân

Lịch sử

Hạn chế và giải pháp

Đổi mới

Tài liệu tham khảo

Mọi nội dung được liên kết ở đây đều bằng tiếng Anh.

  1. [1] Lược sử thuyết nguyên tử: từ Democritus đến Bohr | Nature
  2. [2] Nguyên tử - sự phát triển, lý thuyết, cấu trúc | Britannica
  3. [3] Thuyết nguyên tử thời cổ đại | Stanford Encyclopedia of Philosophy
  4. [4] Nguyên tử: khám phá | Block by Block: The Historical and Theoretical Foundations of Thermodynamics (xem Ghi chú tham khảo*)
  5. [5] Các nguyên tử | Matter: A Very Short Introduction (xem Ghi chú tham khảo*)
  6. [6] 100 năm thuyết nguyên tử | Science (xem Ghi chú tham khảo*)
  7. [7] Lise Meitner: một đời với vật lý | California Studies in the History of Science (xem Ghi chú tham khảo*)
  8. [8] Khám phá sự phân hạch hạt nhân | Max Planck Institute for Chemistry (xem Ghi chú tham khảo*)
  9. [9] Khoa học hạt nhân tiên phong: khám phá sự phân hạch hạt nhân | IAEA (xem Ghi chú tham khảo*)
  10. [10] Giờ mới có thể kể: câu chuyện về Dự án Manhattan – General Leslie R. Groves
  11. [11] Lịch sử năng lượng hạt nhân | US Department of Energy
  12. [12] Lịch sử điện hạt nhân | The Grainger College of Engineering | University of Illinois Urbana-Champaign
  13. [13] Quá trình phân hạch | MIT Nuclear Reactor Laboratory
  14. [14] Uranium 235 - tổng quan | ScienceDirect Topics
  15. [15] Uranium-235 (U-235) | Định nghĩa, công dụng, chu kỳ bán rã, & sự thật | Britannica
  16. [16] HẠT NHÂN 101: Lò phản ứng hạt nhân hoạt động thế nào? | US Department of Energy
  17. [17] Những điều cơ bản về hạt nhân | World Nuclear Association
  18. [18] Lò phản ứng hạt nhân hoạt động thế nào | NEI
  19. [19] Lò phản ứng điện hạt nhân | World Nuclear Association
  20. [20] Nguồn năng lượng trên Trái Đất | The Sun, Energy, and Climate Change (xem Ghi chú tham khảo*)
  21. [21] Uranium: nhiên liệu cho nền kinh tế năng lượng lý tưởng | Visual Capitalist (xem Ghi chú tham khảo*)
  22. [22] Cuộc cách mạng uranium | Atha Energy (xem Ghi chú tham khảo*)
  23. [23] Tổng quan về khai thác uranium | World Nuclear Association
  24. [24] Sự thật về nhiên liệu hạt nhân: uranium | US Department of Energy
  25. [25] Uranium | British Geological Survey
  26. [26] Tài nguyên nhiên liệu hạt nhân: Đủ dùng đến bao lâu? | OECD Nuclear Energy Agency
  27. [27] Năng lượng hạt nhân | IEA
  28. [28] Ai đã góp phần nhiều nhất vào phát thải CO2 toàn cầu? | Our World in Data
  29. [29] Biến thiên không-thời gian của các biến khí hậu và sản xuất điện tái tạo không liên tục - Tổng quan | Renewable and Sustainable Energy Reviews
  30. [30] Mười năm phân tích biểu đồ con vịt: Cách một phát hiện của NREL năm 2008 đang giúp đưa thêm điện mặt trời lên lưới điện hiện nay | NLR (NREL)
  31. [31] Nuclear Power in a Clean Energy System - Phân tích | IEA
  32. [32] Sức mạnh kết hợp hạt nhân-tái tạo cho các giải pháp năng lượng sạch | Tin tức | NLR (NREL) (lưu trữ) (xem Ghi chú tham khảo*)
  33. [33] Lưu trữ năng lượng quan trọng để xây dựng các hệ thống điện giá phải chăng, đáng tin cậy, khử carbon triệt để | MIT News (xem Ghi chú tham khảo*)
  34. [34] Điện hạt nhân trên thế giới hiện nay | World Nuclear Association (xem Ghi chú tham khảo*)
  35. [35] Tiến độ toàn cầu về điện tái tạo: Theo dõi vai trò của điện mặt trời (Phiên bản 3) | IEEE Journal of Photovoltaics (xem Ghi chú tham khảo*)
  36. [36] Global Electricity Review 2024 Report | Ember Energy (Được trích trong: Renewable Energy In Energy Supply | REN21)
  37. [37] Tỷ trọng điện hạt nhân trong sản lượng điện năm 2023 | PRIS | IAEA (tỷ trọng điện hạt nhân trong sản lượng điện theo quốc gia)
  38. [38] Tai nạn Three Mile Island | 1979, Pennsylvania, Mỹ | Britannica
  39. [39] Thông tin cơ bản về tai nạn Three Mile Island | NRC.gov
  40. [40] Thảm họa Chernobyl | Nguyên nhân, hậu quả, số người chết, video, địa điểm, & sự thật | Britannica
  41. [41] Thông tin cơ bản về tai nạn nhà máy điện hạt nhân Chernobyl | NRC.gov
  42. [42] Tai nạn Fukushima | Tóm tắt, ngày xảy ra, hậu quả, & sự thật | Britannica
  43. [43] Tai nạn hạt nhân Fukushima Daiichi | IAEA
  44. [44] Tan chảy lõi - tổng quan | ScienceDirect Topics
  45. [45] Tan chảy lõi | điện hạt nhân, an toàn lò phản ứng, nhiệt-thủy lực | Britannica
  46. [46] Sự tan chảy lõi hạt nhân hoạt động thế nào? (kèm video) | PHYS.org
  47. [47] Bụi phóng xạ từ một vụ nổ hạt nhân | Radiation Emergency Medical Management | US Department of Health
  48. [48] Hậu quả dài hạn của bụi phóng xạ Chernobyl: Khám phá dữ liệu tổng hợp | The Millbank Quarterly
  49. [49] Nồng độ xêzi phóng xạ giảm mạnh sau 30 năm theo dõi thực vật vùng núi cao ở miền trung Na Uy | Journal of Environmental Radioactivity
  50. [50] Xêzi-137 trong cỏ từ bụi phóng xạ Chernobyl | Journal of Environmental Radioactivity
  51. [51] Status and Trends in Spent Fuel and Radioactive Waste Management | IAEA
  52. [52] Thông tin cơ bản về chất thải phóng xạ | NRC.gov
  53. [53] Chất thải phóng xạ cấp cao | NIRS
  54. [54] Tái chế nhiên liệu hạt nhân: nguy hiểm, bẩn và đắt đỏ | Union of Concerned Scientists
  55. [55] Chu trình nhiên liệu hạt nhân và “vùng nguy hiểm” của phổ biến vũ khí hạt nhân | Journal for Peace and Nuclear Disarmament
  56. [56] Rủi ro phổ biến vũ khí hạt nhân từ các chương trình điện hạt nhân dân sự | National Defense University
  57. [57] Kinh tế học điện hạt nhân | World Nuclear Association (xem Ghi chú tham khảo*)
  58. [58] Vì sao xây nhà máy điện hạt nhân lại tốn nhiều tiền đến vậy? | Institute for Progress (xem Ghi chú tham khảo*)
  59. [59] Vì sao nhà máy điện hạt nhân tốn nhiều tiền đến vậy - và có thể làm gì về chuyện đó | Bulletin of the Atomic Scientists (xem Ghi chú tham khảo*)
  60. [60] Hinkley Point C có thể vượt ngân sách 28 tỷ bảng Anh khi EDF dự báo sẽ còn chậm thêm | News | The Chemical Engineer (xem Ghi chú tham khảo*)
  61. [61] Nhà máy hạt nhân Anh bị chậm thêm nhiều năm và có thể tốn tới 46 tỷ bảng Anh | Financial Times (xem Ghi chú tham khảo*)
  62. [62] Nhà máy điện hạt nhân El Dabaa, nhà máy điện hạt nhân đầu tiên của Ai Cập | Power Technology (xem Ghi chú tham khảo*)
  63. [63] Chi phí điện hạt nhân: Vì sao cứ tăng mãi? | Energy Policy (xem Ghi chú tham khảo*)
  64. [64] Muộn còn hơn không, nhưng không muộn vẫn hơn: Đánh giá rủi ro của các dự án xây dựng điện hạt nhân | Energy Policy
  65. [65] Lazard LCOE+ | tháng 6 năm 2025 (Trong: Vì sao năng lượng tái tạo lại rẻ đi nhanh đến vậy? | Our World in Data) (xem Ghi chú tham khảo*)
  66. [66] Số ca tử vong do ô nhiễm không khí từ nhiên liệu hóa thạch, năm 2015 | Our World in Data (xem Ghi chú tham khảo*)
  67. [67] Tử vong toàn cầu do ô nhiễm hạt mịn ngoài trời từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch | Environmental Research (xem Ghi chú tham khảo*)
  68. [68] Số ca tử vong do ô nhiễm không khí do nhiên liệu hóa thạch gây ra: nghiên cứu quan sát và mô hình hóa | BMJ (xem Ghi chú tham khảo*)
  69. [69] Tác động của việc loại bỏ phát thải từ nhiên liệu hóa thạch và toàn bộ phát thải do con người gây ra đối với sức khỏe cộng đồng và khí hậu | PNAS (xem Ghi chú tham khảo*)
  70. [70] Suy giảm tuổi thọ do ô nhiễm không khí so với các yếu tố rủi ro khác: góc nhìn toàn cầu | Cardiovascular Research (xem Ghi chú tham khảo*)
  71. [71] NASA GISS | Tóm tắt khoa học: Than đá và khí đốt gây hại hơn nhiều so với điện hạt nhân (lưu trữ) (xem Ghi chú tham khảo*)
  72. [72] Số ca tử vong trong lịch sử do năng lượng hạt nhân | Environmental Progress (xem Ghi chú tham khảo*)
  73. [73] Phân loại kiến thức về tai nạn hạt nhân | IAEA (xem Ghi chú tham khảo*)
  74. [74] Số người chết vì Chernobyl và Fukushima là bao nhiêu? | Our World in Data (xem Ghi chú tham khảo*)
  75. [75] Một thập kỷ sau Chernobyl | IAEA (xem Ghi chú tham khảo*)
  76. [76] Ước tính gánh nặng ung thư ở châu Âu do bụi phóng xạ từ tai nạn Chernobyl | International Journal of Cancer (xem Ghi chú tham khảo*)
  77. [77] Báo cáo đặc biệt: Đếm số người chết | Nature (xem Ghi chú tham khảo*)
  78. [78] Torch 2016: Đánh giá khoa học độc lập về các tác động liên quan đến sức khỏe của thảm họa hạt nhân Chernobyl (xem Ghi chú tham khảo*)
  79. [79] Sự cố Fukushima Daiichi | World Nuclear Association (xem Ghi chú tham khảo*)
  80. [80] The Daily Yomiuri: 573 ca tử vong liên quan đến khủng hoảng hạt nhân | NRC (xem Ghi chú tham khảo*)
  81. [81] Hệ quả phóng xạ và tâm lý của sự cố Fukushima Daiichi | Bulletin of the Atomic Scientists (xem Ghi chú tham khảo*)
  82. [82] Nguồn năng lượng nào an toàn và sạch nhất? | Our World in Data
  83. [83] Đồ họa thông tin: Điều gì khiến năng lượng hạt nhân an toàn? | IAEA
  84. [84] Thông tin cơ bản về lưu trữ khô nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng | NRC.gov
  85. [85] Lưu trữ và xử lý chất thải phóng xạ | World Nuclear Association
  86. [86] Cơ sở xử lý gần mặt đất cho chất thải phóng xạ | IAEA
  87. [87] Tương lai quản trị chất thải phóng xạ | Lessons from Europe
  88. [88] Những tiến bộ gần đây từ R&D của Phần Lan, hỗ trợ vận hành cuối cùng của kho lưu trữ địa chất sâu | Waste Management Symposium 2024
  89. [89] Xử lý địa chất sâu chất thải phóng xạ | Radioactivity in the Environment
  90. [90] Chất thải hạt nhân là gì, và ta làm gì với nó? | Nuclear Essentials | World Nuclear Association
  91. [91] Biện pháp bảo đảm để ngăn phổ biến vũ khí hạt nhân | World Nuclear Association
  92. [92] Tờ thông tin: Rủi ro phổ biến vũ khí hạt nhân trong các chương trình năng lượng hạt nhân | Center for Arms Control and Non-Proliferation
  93. [93] Ngừng vận hành các cơ sở hạt nhân | World Nuclear Association
  94. [94] Lò phản ứng hạt nhân có tuổi thọ bao lâu? Lâu hơn bạn nghĩ nhiều đấy | US Department of Energy
  95. [95] Vì sao tuổi thọ các nhà máy hạt nhân ngày càng dài hơn | MIT Technology Review
  96. [96] Tuabin gió và tấm pin mặt trời đang xuống cấp quá sớm | IER
  97. [97] Tấm pin mặt trời ở Anh dùng được bao lâu? | The Renewable Energy Hub
  98. [98] Tuổi thọ tuabin gió | The Renewable Energy Hub
  99. [99] Thông minh, ổn định, đáng tin | IAEA
  100. [100] Tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới điện | IRENA
  101. [101] Lò phản ứng muối nóng chảy (MSR) | IAEA
  102. [102] Lò phản ứng muối nóng chảy - tổng quan | ScienceDirect Topics
  103. [103] Lò phản ứng muối nóng chảy | Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear
  104. [104] Đánh giá độ an toàn của lò phản ứng muối nóng chảy so với lò phản ứng nước nhẹ | Journal of Radiation Research and Applied Sciences
  105. [105] Khám phá lợi ích của lò phản ứng muối nóng chảy | Digital Chemical Engineering
  106. [106] Lò phản ứng muối nóng chảy - nhiều lựa chọn an toàn | OSTI.GOV
  107. [107] Lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) là gì? | IAEA
  108. [108] Lò phản ứng mô-đun nhỏ tiên tiến (SMR) | US Department of Energy
  109. [109] Lò phản ứng mô-đun nhỏ: đơn giản hơn, an toàn hơn, rẻ hơn? | Energy
  110. [110] Lò phản ứng mô-đun nhỏ - chìa khóa cho sản xuất điện hạt nhân tương lai ở Mỹ | EPIC | University of Chicago
  111. [111] Google chuyển sang điện hạt nhân để cấp điện cho các trung tâm dữ liệu AI | BBC News
  112. [112] Amazon đưa lò phản ứng mô-đun nhỏ hạt nhân vào nỗ lực đạt phát thải carbon ròng bằng 0 | Amazon
  113. [113] Microsoft có thể dẫn đầu về lò phản ứng mô-đun nhỏ để cấp điện cho AI | Forbes
  114. [114] Maersk sẽ xem xét tính khả thi của vận tải container chạy bằng năng lượng hạt nhân | Ship Technology
  115. [115] Vận tải container bằng năng lượng hạt nhân có thể thành hiện thực trong thập kỷ này | The Chemical Engineer
  116. [116] Lựa chọn hạt nhân cho ngành vận tải biển trên đường tới phát thải ròng bằng 0: Có khả thi không? | HFW
  117. [117] Các nhà máy điện hạt nhân nổi sẽ hoạt động tại nhiều địa điểm trên thế giới vào cuối thập niên 2020 | The Lyncean Group of San Diego
  118. [118] Thor chạy bằng năng lượng hạt nhân của Ulstein và tàu đồng hành chạy hoàn toàn bằng điện là giải pháp không phát thải carbon cho du lịch biển | The Lyncean Group of San Diego
  119. [119] Sự lan rộng trong lịch sử của điện hạt nhân, điện gió và điện mặt trời: hàm ý cho các lộ trình giảm nhẹ biến đổi khí hậu | Environmental Research Letters
  120. [120] Điện hạt nhân so với năng lượng tái tạo: góc nhìn về quy mô | SSRN
  121. [121] Phân tích so sánh chi phí sản xuất điện từ nguồn tái tạo, nhiên liệu hóa thạch và hạt nhân | Journal of Cleaner Production
  122. [122] Điện tái tạo chi phí thấp là động lực chính cho quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu hướng tới bền vững | Energy
  123. [123] Chi phí năng lượng tái tạo lao dốc - Các kịch bản năng lượng có đang tụt lại? | Energy Strategy Reviews
  124. [124] Pin và chuyển đổi năng lượng an toàn - Phân tích | IEA
  125. [125] Lưu trữ bằng pin và năng lượng tái tạo: chi phí và thị trường đến năm 2030 | IRENA
  126. [126] Dự báo chi phí lưu trữ pin quy mô tiện ích: cập nhật năm 2023 | NLR (NREL)
  127. [127] Rethinking Energy 2020-2030 100% điện mặt trời, điện gió và pin mới chỉ là khởi đầu | ReThinkX (lưu trữ)
  128. [128] Chúng ta có quá bi quan? Dự báo chi phí điện mặt trời quang điện, điện gió và pin đang ước tính cao hơn chi phí thực tế trên toàn cầu | Applied Energy (xem Ghi chú tham khảo*)
  129. [129] Rethinking Energy | ReThinkX (lưu trữ)
  130. [130] Những thay đổi trong ngành điện là cơ hội, không phải mối đe dọa | RMI
  131. [131] Vai trò tương lai của điện hạt nhân trong hệ thống điện Mỹ đã khử carbon | NLR (NREL)
  132. [132] Góc nhìn mới về tài chính cho xây mới nhà máy điện hạt nhân | Nuclear Technology & Development Economics | OECD NEA

Ghi chú tham khảo

4-9

Ai là người đầu tiên tách nguyên tử so với phân hạch hạt nhân

Cockroft và Walton đã tách các nguyên tử Li-7 bằng cách bắn phá chúng bằng proton vào năm 1932. Công trình này cung cấp bằng chứng thực nghiệm cho sự tương đương khối lượng/năng lượng (E=mc2), giúp họ nhận giải Nobel, và cho thấy sự giải phóng ‘năng lượng hạt nhân’ (khoảng 8 MeV - megaelectronvolt). Sau đó, Meitner, Hahn và Strassman bắn phá uranium bằng neutron để gây phân hạch một hạt nhân uranium, giải phóng 200 MeV năng lượng và giải phóng 2-3 neutron, cho phép xảy ra phản ứng dây chuyền hạt nhân, vốn được Leo Szilard hình dung lần đầu vào năm 1933.

20,21,22

Mật độ năng lượng của uranium

Một số nguồn nói mật độ năng lượng của uranium cao hơn than hàng triệu lần. Tuy nhận định này đúng, nhưng điều này dễ gây hiểu lầm vì chỉ một phần năng lượng đó có thể được khai thác hữu ích trong lò phản ứng.

  • U-235 = 3.900.000 MJ/kg
  • Than = 24 MJ/kg
  • Dầu thô = 44 MJ/kg
32-35

Điện hạt nhân nền - điều chỉnh tải so với theo dõi tải

Khi đã xây xong, nhà máy điện hạt nhân có thể cung cấp điện liên tục, đáng tin cậy, dễ hoà vào lưới và ‘có thể điều độ’, tránh được chi phí và độ phức tạp của việc kết nối lưới, phân phối và lưu trữ hiện gắn với điện gió và mặt trời quy mô lưới - những yếu tố thường bị bỏ qua trong các phân tích chi phí-lợi ích. Tuy vậy, điện hạt nhân là nguồn ‘điện nền’ không ‘theo phụ tải’, tức không thể tăng hoặc giảm công suất nhanh để đáp ứng lượng điện dư hoặc lúc nhu cầu lên đỉnh. Vì thế, chúng cũng gặp những thách thức giống các nguồn điện nền truyền thống A. Để xử lý vấn đề này, các lò phản ứng tiên tiến đang dùng bể nhiệt muối nóng chảy để lưu điện dư, còn mạng lưới lò phản ứng hạt nhân như ở Pháp có thể đáp ứng hiệu quả bằng những điều chỉnh công suất nhỏ, bổ trợ cho nhau.

(Bình luận của GS. Ian Farnan, 2024)

57-63

Chi phí của điện hạt nhân

Ước tính chi phí và hiệu suất cho các công nghệ phát điện mới quy mô lớn. (2019 - chỉ Mỹ) B

Ước tính chi phí cơ bản:

  • Điện hạt nhân tiên tiến: 6.041 USD/kW
  • Nhà máy thủy điện 100 MW: 5.316 USD/kW
  • Điện gió ngoài khơi: 4.375 USD/kW
  • Sinh khối: 4.097 USD/kW
  • Than siêu siêu tới hạn (không thu giữ CO2): 3.676 USD/kW
  • Nhà máy địa nhiệt: 2.521 USD/kW
  • Điện gió trên bờ, nhỏ: 1.677 USD/kW
  • Điện gió trên bờ, lớn: 1.265 USD/kW
  • Điện mặt trời PV: 1.313 USD/kW
  • Khí đốt (chu trình hỗn hợp - một trục): 1.084 USD/kW
  • Khí đốt (chu trình hỗn hợp - nhiều trục): 958 USD/kW
  • Khí đốt (tuabin đốt - dẫn xuất hàng không): 1.175 USD/kW
  • Khí đốt (tuabin đốt - khung công nghiệp): 713 USD/kW

“Các tổ máy hạt nhân mới hiện cho thấy tổng chi phí sẽ là 5.500 USD/kW đến 8.100 USD/kW, hoặc từ 6 tỷ USD đến 9 tỷ USD cho mỗi nhà máy 1.100 MW.” (2008) C

“Năm 2007, Moody’s báo giá “trọn gói” cho một lò phản ứng hạt nhân mới 1.000 MW ở Mỹ là từ 5-6 tỷ USD mỗi lò.” D

(Xem Tài Liệu Thêm về tương lai kinh tế điện hạt nhân)

65

Biểu đồ chi phí điện quy dẫn (LCOE)

Biểu đồ nổi bật này tổng hợp các nội dung đã công bố trong báo cáo LCOE+ của Lazard tháng 6 năm 2025, và thể hiện các giá trị LCOE trung bình không trợ cấp từ các nghiên cứu LCOE hằng năm. Nó chủ yếu nói về bối cảnh năng lượng ở Bắc Mỹ, nhưng cũng phản ánh những thay đổi chi phí rộng hơn trên toàn cầu. Quỹ đạo LCOE trung bình toàn cầu cho các công nghệ năng lượng tái tạo khác ở quy mô điện lực có tại nguồn E.

66-71

Bình luận về số người chết liên quan đến nhiên liệu hóa thạch

Con số chính xác về các ca tử vong sớm do dùng nhiên liệu hóa thạch gây ra chênh lệch khá nhiều giữa các nguồn và đều chỉ là ước tính vì rất khó quy kết chính xác, nên không thể đưa ra một con số cụ thể.

  • [66] Xác định số ca tử vong vượt mức hằng năm vào năm 2015 do tác động sức khỏe từ ô nhiễm không khí sinh ra khi đốt nhiên liệu hóa thạch. Nguồn này đưa ra con số 3,61 triệu ca tử vong trên toàn cầu, trong đó riêng Trung Quốc có số người chết cao nhất là 1,5 triệu.
  • [67] Ước tính có 10,2 triệu ca tử vong sớm vào năm 2012 do phơi nhiễm PM2.5 (bụi mịn trong không khí phát ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch), với 3,9 triệu ở Trung Quốc và 2,5 triệu ở Ấn Độ.
  • [68] Ước tính có 8,34 triệu ca tử vong vượt mức vào năm 2019 do ô nhiễm bụi mịn và ozone, phần lớn (52%) là do các bệnh tim mạch-chuyển hóa trực tiếp gây ra bởi tình trạng ô nhiễm này.
  • [69] Mô hình hóa tổng tỷ lệ tử vong vượt mức hằng năm trên toàn cầu là 8,79 triệu người mỗi năm do ô nhiễm không khí (phơi nhiễm ozone và bụi mịn), với tuổi thọ trung bình giảm 26,5 năm ở những người bị ảnh hưởng, cùng mức giảm tuổi thọ trung bình toàn cầu là 2,9 năm, do các biến chứng xấu cho sức khỏe. Mô hình này gồm một mô hình hóa học khí quyển-mô hình hoàn lưu chung và một mô hình tử vong do phơi nhiễm toàn cầu, chạy trong các giai đoạn 20 và 30 năm theo khuyến nghị của IPCC.
  • [70] Dùng các phương pháp tương tự [69] nhưng cho năm 2015, ước tính số ca tử vong vượt mức toàn cầu là 8,8 triệu mỗi năm từ mọi dạng ô nhiễm không khí xung quanh, gồm khí thải nhiên liệu hóa thạch do con người tạo ra và ô nhiễm không khí tự nhiên (từ cháy rừng, có thể xem là kết quả gián tiếp của khí thải nhiên liệu hóa thạch, trở nên dữ dội/thường xuyên hơn vì Trái Đất ấm lên). Cũng ước tính tuổi thọ trung bình toàn cầu giảm 2,9 năm, trong đó 1,7 năm do mọi loại khí thải do con người tạo ra và 1,1 năm chỉ do khí thải nhiên liệu hóa thạch. Để so sánh, thuốc lá giết chết 7,2 triệu người mỗi năm và làm giảm tuổi thọ 2,2 năm.
  • [71] Tóm tắt lập luận về việc thay nhiên liệu hóa thạch bằng năng lượng hạt nhân và mức giảm tử vong sau đó, cho biết đã ngăn được ròng 1,8 triệu ca tử vong từ 1971-2009, trung bình 76.000 ca mỗi năm, trong khoảng 19.000-300.000. Nguồn này cũng làm rõ rằng điện hạt nhân gây ít tử vong hơn 99,9% so với than nâu, ít hơn 99,8% so với than, ít hơn 99,7% so với dầu và ít hơn 97,6% so với khí đốt.
72-81

Bình luận về số người chết liên quan đến hạt nhân

Số ca tử vong sớm chính xác do điện hạt nhân và các sự cố liên quan gây ra gần như không thể tính chính xác, vì tác động dài hạn của bức xạ hạt nhân, mức độ rủi ro và chất lượng báo cáo sự cố.

  • [72] Danh sách các ca tử vong trực tiếp trong quá trình bảo trì nhà máy điện hạt nhân. Tất cả đều không phải dân thường, tổng cộng là 50 người.
  • [73] Đã có 30 sự cố được báo cáo trên toàn cầu kể từ khi điện hạt nhân ra đời, trong đó lớn và nghiêm trọng nhất là Chernobyl (1986), Fukushima Daiichi (2011) và Three Mile Island (1979).
  • [74] Sự cố Chernobyl là ví dụ điển hình cho tác động nghiêm trọng nhất của các sự cố điện hạt nhân. 30 người đã chết ngay sau đó. Tuy nhiên, số người chết chính xác do các bệnh liên quan vẫn còn gây tranh cãi, với một số báo cáo từ đầu những năm 2000 dự đoán số tử vong tối đa có thể lên tới 16.000-60.000 người vào năm 2065 do nguy cơ ung thư. WHO công bố báo cáo năm 2005 cho rằng số tử vong tối đa sẽ gần 4.000 hơn, dựa trên mức phơi nhiễm, và năm 2018 UNSCEAR công bố báo cáo tiếp theo với cùng kết luận như các phát hiện năm 2008: mức phơi nhiễm của công chúng rất thấp.
  • [75] Là cơ sở cho báo cáo WHO nói trên, được công bố ngay sau sự cố, ước tính số tử vong dự kiến gần 9.000 người. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ gồm Belarus, Liên bang Nga và Ukraine.
  • [76] Một báo cáo cập nhật sau [75] của cùng tác giả, nay bao gồm phần còn lại của châu Âu và được công bố sau báo cáo WHO, dự đoán 14.000 ca tử vong do nhiều loại ung thư.
  • [77] Giải thích sự chênh lệch trong các con số tử vong và nêu bật những khác biệt, đồng thời phê phán việc WHO thiếu bối cảnh.
  • [78] Một báo cáo gần đây hơn hạ ước tính tử vong trên toàn châu Âu từ mức 60.000 trước đó xuống 40.000, đồng thời nêu bật biên độ bất định lớn, trong bối cảnh của [76].
  • [79] Trong bối cảnh thảm họa hạt nhân nghiêm trọng tiếp theo - Fukushima - [79] báo cáo 0 ca tử vong liên quan trực tiếp đến tai nạn hạt nhân, cũng như 0 ca do bệnh phóng xạ, nhưng ghi nhận 2.313 ca ‘tử vong liên quan đến thảm họa’ do sơ tán, khi 100.000 người được sơ tán để đảm bảo an toàn. Con số này không gồm các ca tử vong do động đất hoặc sóng thần.
  • [80] Báo cáo chính thức năm 2012 ghi nhận 0 ca tử vong do phóng xạ (Fukushima). Tuy nhiên, họ nêu số tử vong là 573 do căng thẳng khi sơ tán.
  • [81] Nghiên cứu này dự đoán ước tính tối đa 1.000 ca tử vong do phóng xạ, dù con số này còn gây tranh cãi vì thiếu dữ liệu dài hạn và ước tính mức phơi nhiễm (Fukushima).

Như đã nêu, gần như mọi ca tử vong dân sự từ năng lượng hạt nhân đều đến từ hai sự cố, với tổng số người chết được dự đoán trong tương lai, trong khi ô nhiễm không khí liên quan đến nhiên liệu hóa thạch tác động liên tục đến mọi khu vực trên toàn cầu. Vì vậy, dù có nhiều bất định lớn khi tính số ca tử vong do nhiên liệu hóa thạch và năng lượng hạt nhân, do các ước tính, việc quy kết ca tử vong và bệnh tật, cùng thiếu dữ liệu chất lượng cao, số ca tử vong do đốt nhiên liệu hóa thạch vượt xa số ca do sự cố năng lượng hạt nhân, với tỷ lệ tử vong vượt mức lên đến hàng triệu người mỗi năm từ nhiên liệu hóa thạch, so với tổng số tử vong dự kiến ~60.000 (ước tính cao nhất) kể từ những năm 1950 cho toàn bộ năng lượng hạt nhân.

128

Biểu đồ chi phí năng lượng mặt trời, gió và pin và dự báo tương lai

Các biểu đồ chính cho thấy chi phí trung bình toàn cầu dự kiến của việc phát điện từ các nguồn năng lượng tái tạo Điện gió trên bờ và Điện mặt trời PV quy mô lớn (LCOE tính bằng USD/MWh), cùng chi phí dự kiến của việc lưu trữ năng lượng bằng pin Li-Ion cố định có thời lượng 4 giờ (BESS) (CAPEX tính bằng USD trên mỗi kWh dung lượng lưu trữ đã lắp đặt), từ năm 2020 đến 2050. Dữ liệu này được lấy từ [128] với đánh giá toàn cầu về các dự báo chi phí trung bình. Với mỗi công nghệ và chỉ số chi phí (LCOE & CAPEX), nghiên cứu đã tổng hợp các dự báo chi phí trung bình từ nhiều nghiên cứu cấp khu vực và toàn cầu. Trong các nghiên cứu này, các ước tính dự kiến theo năm được báo cáo với nhiều mức độ chi tiết theo thời gian, mốc dự báo (ví dụ như hằng năm hoặc mỗi 5 năm, đến năm 2030, 2040 hoặc 2050), và mức độ nhất quán khác nhau. Trung bình chung của các dự báo hiện có được tính để tạo ra một xu hướng đại diện duy nhất cho mỗi công nghệ phục vụ các biểu đồ chính.

Do các dự báo theo năm không nhất quán, xu hướng trung bình đôi lúc bị lệch ở một số khoảng khi số lượng ước tính đóng góp thay đổi. Tuy vậy, độ chi tiết, các khoảng dự báo và những khoảng trống dữ liệu tạo ra vẫn nhất quán giữa phần lớn bộ dữ liệu. Vì vậy, phép nội suy tuyến tính đơn giản được áp dụng cho toàn bộ dữ liệu để tạo ra các giá trị hằng năm giữa ước tính đầu và cuối được báo cáo của mỗi nghiên cứu, dựa trên các ước tính sẵn có. Các dự báo không được ngoại suy vượt ngoài phạm vi riêng của bất kỳ nghiên cứu nào; vì thế, các nguồn không có ước tính đến năm 2050 hoặc bắt đầu muộn hơn khoảng năm 2020 đã bị loại.

Mẫu cuối cùng gồm 11 bộ dữ liệu nội suy cho điện mặt trời PV, 9 cho điện gió và 9 cho pin. Chi phí dự kiến trung bình hằng năm được tính từ các nguồn này và thể hiện trên biểu đồ. LCOE của gió/mặt trời được hiển thị bằng USD/MWh điện tạo ra, còn CAPEX của pin được hiển thị bằng USD trên mỗi kWh dung lượng, chỉ số chi phí chuẩn cho lưu trữ. Chi phí điện quy dẫn (LCOE) thể hiện toàn bộ chi phí hệ thống để phát điện, tính trung bình theo thời gian, gồm mọi chi phí vốn, vận hành và bảo dưỡng. Pin không tự tạo ra điện, và [128] không cung cấp Chi phí lưu trữ quy dẫn (LCOS) tương đương. Thay vào đó, nghiên cứu cung cấp CAPEX, thể hiện khoản đầu tư ban đầu. Dù không thể so sánh trực tiếp với LCOE được tính theo sản lượng phát điện suốt vòng đời, các dự báo chi phí CAPEX cấp hệ thống do [128] mô hình hóa cho BESS Li-ion có thời lượng 4 giờ được lắp đặt hoàn chỉnh bao gồm phạm vi hệ thống rộng và đầy đủ, gồm các mô-đun pin và toàn bộ chi phí phần còn lại của hệ thống, nên thực tế là chỉ số tốt nhất và dễ so sánh nhất, tránh phải quy đổi dữ liệu, thêm giả định và vượt ra ngoài phạm vi công trình của [128].

Mỗi dự báo này là trung bình từ nhiều nghiên cứu, nên cho thấy sự đồng thuận rõ ràng về xu hướng chi phí của từng công nghệ. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng [128] cho rằng các dự báo này có thể quá ‘bi quan’. Họ so sánh với dữ liệu thị trường toàn cầu trong quá khứ, được tổng hợp từ nhiều nguồn thực nghiệm, để chỉ ra việc dự báo chi phí quá cao rõ rệt và đánh giá quá thấp rõ rệt tốc độ giảm chi phí trong những năm gần đây. Từ khi phần lớn dự báo bắt đầu đến hiện tại (~2020-2024), các giá trị dự báo trung bình nhìn chung đều cao hơn giá trị lịch sử đối với điện mặt trời PV quy mô lớn, điện gió trên bờ và BESS Li-Ion. Điện mặt trời khá khớp với các giá trị dự báo, nhưng chi phí dự đoán của điện gió trên bờ và pin cao hơn nhiều so với số liệu báo cáo. Tất cả đều đã giảm nhanh hơn dự kiến. Nếu những xu hướng đi ngược dự báo này tiếp diễn, chi phí thực tế trong tương lai của các công nghệ này có thể còn thấp hơn dự báo hiện nay, củng cố nhận định rằng chi phí năng lượng tái tạo và lưu trữ năng lượng đang giảm nhanh và sẽ tiếp tục giảm đến năm 2050.

Tài liệu bổ sung

13-19

Bom và lò phản ứng

Trái với bom hạt nhân, phản ứng dây chuyền phân hạch trong lò phản ứng của nhà máy điện được kiểm soát bằng các quá trình phản hồi nhiệt thụ động, thanh điều khiển, chất làm chậm và nhiên liệu ‘làm giàu thấp’.

Lò phản ứng được thiết kế với vật liệu và loại nhiên liệu có hệ số nhiệt độ phản ứng âm, nghĩa là khi nhiệt được giải phóng và nhiệt độ nhiên liệu tăng lên, độ phản ứng của lõi lại giảm. Nhiệt độ cao hơn làm nguyên tử rung mạnh hơn và cách xa nhau hơn, khiến chúng ít có khả năng bắt neutron hơn. Tính chất tự nhiên này giúp phản ứng ổn định và trong tầm kiểm soát (tức là tới hạn†), tạo thêm một lớp an toàn sẵn có nếu hệ thống bắt đầu quá nóng.

Thanh điều khiển, làm từ vật liệu hấp thụ neutron, không phân hạch được (thường là bo), sẽ hấp thụ neutron dư thừa và giúp kiểm soát phản ứng dây chuyền. Người vận hành có thể điều chỉnh phản ứng dây chuyền bằng cách nâng hoặc hạ các thanh điều khiển, từ đó chỉnh công suất của lò phản ứng: nâng thanh lên làm phản ứng nhanh hơn, còn hạ xuống sẽ làm phản ứng chậm lại hoặc dừng hẳn. Thanh điều khiển được thiết kế để an toàn khi có sự cố, nên chúng tự động tắt lò phản ứng trong trường hợp khẩn cấp, hỏng hóc hoặc mất điện. Ngoài ra, chúng được dùng để tinh chỉnh, trong khi các quá trình phản hồi thụ động làm phần lớn công việc.

Lò phản ứng hạt nhân thường dùng uranium-235 (U-235) làm nhiên liệu chính trong lõi, nhưng cũng chứa nhiều đồng vị uranium khác kém phân hạch hơn hoặc kém hiệu quả hơn trong việc duy trì phản ứng dây chuyền. Làm giàu nhiên liệu là quá trình tăng nồng độ U-235 trong lõi so với các đồng vị khác. Uranium tự nhiên chỉ chứa khoảng 0,7% U-235, phần còn lại chủ yếu là U-238. Hầu hết lò phản ứng dân dụng dùng uranium làm giàu thấp (LEU), thường được làm giàu tới 3-5% U-235 để có phản ứng và mức giải phóng năng lượng ổn định, dễ kiểm soát, trong khi uranium làm giàu cao cấp vũ khí (HEU) chứa khoảng 90% U-235, đủ cho một phản ứng dây chuyền nhanh, mất kiểm soát và sự giải phóng năng lượng bùng nổ, nhanh chóng cần thiết cho bom. Làm giàu tới mức này rất khó và bị hạn chế bởi các quy định quốc tế, ngoài ra cũng được kiểm soát và giám sát chặt chẽ để ngăn phổ biến vũ khí hạt nhân (xem thêm bên dưới). LEU có thể đủ để tạo ra một cú tăng công suất lớn khiến lò phản ứng nóng chảy lõi, nhưng không đủ lớn để sánh với bom hạt nhân.

Cuối cùng, nhiều lò phản ứng hạt nhân có chất làm chậm. U-235 tuy dễ phân hạch hơn, nhưng ngay từ đầu không dễ hấp thụ neutron năng lượng cao, nên cần một chút trợ giúp. Để khuyến khích bắt neutron, neutron được làm chậm bằng chất làm chậm, thường là nước thường hoặc nước ‘nhẹ’ dùng để làm mát lõi lò phản ứng, nước chứa deuterium hoặc nước ‘nặng’ (D2O), và than chì độ tinh khiết cao, trong đó hai loại sau đều rất giỏi làm chậm neutron mà không hấp thụ chúng.

-

†Một lò phản ứng được gọi là ‘tới hạn’ khi vận hành ở mức ổn định và có kiểm soát.

54-56, 91-92

Tái chế, tái xử lý và phổ biến vũ khí hạt nhân

Trong quá trình vận hành, nhiên liệu lò phản ứng sẽ hoặc hấp thụ neutron và biến đổi thành các nguyên tố nặng khác, hoặc phân hạch và giải phóng năng lượng (cùng nhiều neutron tự do hơn) bằng cách tách thành các nguyên tố nhẹ hơn nhiều, gọi là ‘sản phẩm phân hạch’.

Một phần uranium-238 (U-238), một đồng vị có nhiều trong nhiên liệu lò phản ứng, bắt neutron và cuối cùng biến đổi thành plutonium-239 (Pu-239). Pu-239 ‘dễ phân hạch’ hơn nhiều và được ưa dùng làm đồng vị chính cho vũ khí hạt nhân trên khắp thế giới, nhờ khả năng duy trì phản ứng dây chuyền nhanh và bùng nổ. Khi Pu-239 được tạo ra, nó hấp thụ thêm neutron để tạo thành các đồng vị plutonium khác, ít dễ phân hạch hơn (như Pu-240), rồi nhanh chóng tích tụ trong lò phản ứng và kém phù hợp hơn cho vũ khí - hơi giống LEU.

Nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng chứa hỗn hợp các đồng vị plutonium này và các sản phẩm phân hạch khác; một phần uranium còn sót lại chưa dùng; cùng các đồng vị uranium đã nghèo kiệt, ít dễ phân hạch hơn dưới dạng chất thải. Các nhà khoa học đang phát triển cách tái chế loại chất thải này, với một số thiết kế lò phản ứng, như lò phản ứng tái sinh nhanh (FBR), thậm chí có thể dùng lại nó làm nhiên liệu. Thường thì đây là nhiên liệu MOX (oxit hỗn hợp), chứa hỗn hợp đồng vị uranium và plutonium vốn sẽ ít phù hợp hơn cho các lò phản ứng thông thường.

FBR hoạt động bằng cách bắn phá nhiên liệu đã qua sử dụng bằng các neutron nhanh hơn mà không dùng chất làm chậm để giảm tốc neutron (và vì thế cần các tính năng an toàn tiên tiến hơn). Điều này thúc đẩy các phản ứng dây chuyền nhanh hơn, có thể tận dụng hiệu quả các nhiên liệu hỗn hợp như MOX với nồng độ plutonium cao hơn và các đồng vị ít dễ phân hạch hơn để giải phóng năng lượng. Chúng thậm chí có thể biến đổi chúng thành các đồng vị mới, dễ phân hạch hơn để tái sử dụng làm nhiên liệu thông thường. Đây được gọi là ‘tái sinh nhiên liệu’ vì nó tạo ra nhiều vật liệu dễ phân hạch hơn lượng ban đầu. Vì vậy, FBR giúp sử dụng nhiên liệu hiệu quả hơn, kéo dài tuổi thọ nguồn uranium và giảm chất thải dài hạn.

Tuy nhiên, trước khi chất thải hạt nhân có thể được tái sử dụng làm nhiên liệu, nó phải được tái xử lý bằng phương pháp hóa học để loại bỏ các sản phẩm khác không thể tái chế tích tụ trong quá trình phân hạch††. Các sản phẩm phân hạch này cũng hấp thụ neutron và cản trở phản ứng dây chuyền, làm giảm hiệu suất lò phản ứng và tăng thách thức trong kiểm soát độ phản ứng. Lò phản ứng cũng cần nồng độ nhất định của vật liệu dễ phân hạch (như Pu-239 hoặc U-235) để duy trì phản ứng dây chuyền. Tái xử lý cho phép tách và cô đặc các vật liệu này thành MOX, để lại các sản phẩm phân hạch khác.

Tái xử lý cũng có thể được dùng để cô đặc và tách Pu-239 nhằm chế tạo vũ khí hạt nhân. Tuy nhiên, các biện pháp bảo đảm quốc tế đã được áp dụng để ngăn chặn hiệu quả việc chuyển hướng plutonium sang dùng cho vũ khí, bao gồm quy định nghiêm ngặt, giám sát và kiểm soát các hoạt động chu trình nhiên liệu trong nước và quốc tế. Lò phản ứng dân sự thường dùng neutron đã được làm chậm, chủ yếu bị hấp thụ để phân hạch U-235 (trái với U-238) và tạo Pu-239 kém hiệu quả hơn†††. Bất kỳ plutonium nào thu hồi từ nhiên liệu lò phản ứng thương mại đã qua sử dụng đều có thành phần đồng vị hỗn hợp, khiến nó không phù hợp cho vũ khí. Để có Pu-239 tinh khiết cấp độ vũ khí, nó cần được tách và tái xử lý sớm trong chu trình lò phản ứng trước khi các đồng vị khác tích tụ. Nếu không, quá trình tách sẽ cực kỳ khó, phức tạp và tốn kém, đòi hỏi kỹ thuật chuyên biệt, nguồn lực lớn và chuyên môn sâu rộng.

Vũ khí hạt nhân thường được chế tạo bằng các con đường thực tế hơn dựa trên làm giàu uranium hoặc dùng các lò phản ứng chuyên dụng, như trong các chương trình quân sự, được dành riêng và tối ưu để sản xuất plutonium cấp độ vũ khí. Vì vậy, bản thân các nhà máy điện hạt nhân dân sự không được xem là rủi ro phổ biến vũ khí cao vì rất khó tạo vật liệu có thể dùng cho vũ khí từ nhiên liệu lò phản ứng. Tuy vậy, một số người cho rằng vẫn có nguy cơ các quốc gia dùng chu trình nhiên liệu hạt nhân dân sự làm nguồn hoặc vỏ bọc cho vật liệu, công nghệ và chuyên môn cần để phát triển vũ khí hạt nhân.

-

††Không giống lò phản ứng thông thường, FBR có thể tiêu thụ một số phụ phẩm phân hạch như actinide thứ cấp (các nguyên tố như americium và curium), vốn thuộc nhóm thành phần tồn tại lâu nhất và độc phóng xạ nhất trong chất thải hạt nhân. Điều này được gọi là ‘đốt actinide’. Nhà máy tái xử lý có thể tách nhiều sản phẩm phân hạch, đồng thời để actinide ở lại trong hỗn hợp nhiên liệu để được tiêu thụ, thay vì phải lưu trữ. Nhờ đó, FBR góp phần giảm thêm chất thải phóng xạ dài hạn có thể gây hại.

†††FBR được thiết kế riêng để tái sinh các đồng vị dễ phân hạch như Pu-239 từ U-238 (điều cũng xảy ra trong lò phản ứng thông thường nhưng kém hiệu quả hơn), nên có thể làm tăng rủi ro phổ biến vũ khí hạt nhân. Tuy nhiên, FBR vừa tạo ra (tái sinh) vừa tiêu thụ (đốt) Pu-239 khi nó được tạo thành trong một chu trình cân bằng. Và cũng như lò phản ứng thông thường, phần chưa bị tiêu thụ sẽ nhanh chóng được trộn hoặc biến đổi thành các đồng vị plutonium ít dễ phân hạch hơn như Pu-240. Bằng cách biến plutonium thành nhiên liệu có thể dùng được thay vì để nó tích tụ thành chất thải, FBR cũng giúp giảm lượng plutonium có thể bị chuyển hướng hoặc đánh cắp.

(Dựa trên các tài liệu tham khảo bổ sung và bình luận sau từ Tiến sĩ Nathaniel Read, 2024).

Tài liệu tham khảo và đọc thêm

Chu trình nhiên liệu hạt nhân và làm giàu

Tổng quan chu trình nhiên liệu hạt nhân | Hiệp hội Hạt nhân Thế giới

Làm giàu uranium | Hiệp hội Hạt nhân Thế giới

Xử lý uranium | Khai thác, tinh luyện và làm giàu | Britannica

Lò phản ứng neutron nhanh | Hiệp hội Hạt nhân Thế giới

Tái chế chất thải

Xu hướng và góc nhìn về quản lý chất thải hạt nhân: Thu hồi, tái chế và tái sử dụng | Tạp chí Kỹ thuật Hạt nhân

Tái xử lý | NRC.gov

Tái xử lý nhiên liệu hạt nhân | Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho | Bộ Năng lượng Hoa Kỳ

Xử lý nhiên liệu hạt nhân đã sử dụng | Hiệp hội Hạt nhân Thế giới

Tác động của phân tách và biến đổi trong quản lý chất thải phóng xạ | IAEA

Giảm chất thải hạt nhân và tăng hiệu suất cho tương lai năng lượng bền vững | IAEA

Khi chất thải hạt nhân là tài sản, không phải gánh nặng | IAEA

Hệ thống kiểm soát và an toàn hạt nhân

An toàn của lò phản ứng điện hạt nhân | Hiệp hội Hạt nhân Thế giới

Nguyên tắc an toàn cơ bản cho nhà máy điện hạt nhân | INSAG | IAEA

An toàn hạt nhân - tổng quan | ScienceDirect Topics

Khả năng chống chịu và an toàn của điện hạt nhân trước các sự kiện cực đoan | IAEA

Cải tổ quy định hạt nhân | Environmental Health Perspectives

Hệ thống bao chứa | IAEA

Kết cấu bao chứa - tổng quan | ScienceDirect Topics

57-63

Tương lai của kinh tế hạt nhân

Trong chi phí tăng vọt của các dự án xây dựng điện hạt nhân, tới hai phần ba có thể là chi phí tài chính. Những dự án này thường được các công ty điện lực và nhà đầu tư khác cấp vốn qua tài trợ dự án với lãi suất cao. Với chi phí ban đầu lớn (chủ yếu là chi phí vốn và bảo hiểm cho rủi ro xây dựng), thời gian xây dựng dài và hay chậm trễ, giá-thành tổng thể của các nhà máy mới có thể tăng hơn gấp ba trong quá trình xây dựng, dẫn đến nhiều khoản xóa-sổ và hủy bỏ. Điều này còn trầm trọng hơn bởi các yếu tố phức tạp như sự phản đối của công chúng, quy trình tháo dỡ kéo dài và sự mai một dần chuyên môn hạt nhân.

Tuy vậy, cách cấp vốn cho điện hạt nhân có thể sắp thay đổi. Các SMR có thể xử lý nhiều vấn đề này nhờ chi phí trả-trước thấp hơn và thời gian xây nhanh hơn. Dù về cơ bản vẫn là cùng một công nghệ, các lò phản ứng này đang thay đổi cam kết tài chính và tính kinh tế của điện hạt nhân đến mức nhiều quốc gia hiện cân nhắc tích hợp chúng ở quy mô-lưới điện. Các nhà cung cấp AI và trung tâm dữ liệu có thể trả tiền mặt, cũng như các tập đoàn hóa chất, công nghiệp và khai khoáng lớn, nhờ đó tránh phải trả lãi. Với việc sản xuất điện hạt nhân ngay tại chỗ, họ cũng có thể tránh chi phí kết nối-lưới và phân phối của năng lượng tái tạo không ổn định.

(Dựa trên các tài liệu tham khảo bổ sung và bình luận sau đây từ GS. Ian Farnan & GS. Simon Middleburgh, 2024)

Tài liệu tham khảo & đọc thêm

Giảm chi phí xây dựng điện hạt nhân mới | Nhóm công tác thỏa thuận ngành | NIA (đã lưu trữ)

Net zero cần năng lượng hạt nhân: Tăng gấp ba năng lượng hạt nhân cần tài chính | Cơ quan Năng lượng Hạt nhân OECD

Nguồn gốc vượt chi phí trong xây dựng nhà máy điện hạt nhân đòi hỏi cách tiếp cận mới cho thiết kế kỹ thuật | Joule

An toàn hạt nhân và lò phản ứng giá phải chăng: Liệu có thể có cả hai? | Bulletin of the Atomic Scientists

Chậm xây dựng khiến các nhà máy điện hạt nhân mới đắt hơn bao giờ hết | Imperial News | Imperial College London

Đánh giá sự phản đối của công chúng với phát triển hạ tầng: Trường hợp các dự án điện hạt nhân | Construction Research Congress 2012

Quan điểm công chúng về năng lượng hạt nhân và vũ khí hạt nhân: Mối liên hệ thái độ tại Hoa Kỳ | Energy Research & Social Science

Thách thức về sự chấp nhận của xã hội | Đặt nền móng cho các lò phản ứng hạt nhân mới và tiên tiến tại Mỹ | The National Academies Press

Tháo dỡ hạt nhân | IAEA

Chi phí tháo dỡ các nhà máy điện hạt nhân | Cơ quan Năng lượng Hạt nhân OECD

Lực lượng lao động hạt nhân của tương lai - Cơ hội và nhu cầu cho ngành hạt nhân quốc tế | European Nuclear Society

Lực lượng lao động kỹ thuật hạt nhân tại Hoa Kỳ | Journal of Applied Clinical Medical Physics

Khoảng trống kỹ năng hạt nhân và sự đa dạng trong tương lai của chúng ta | Nuclear Institute

Lãng phí hạt nhân: Vì sao chi phí năng lượng hạt nhân bị hiểu sai | Mackinac Center

Lợi ích bổ sung của năng lượng hạt nhân

  • Sản xuất nhiệt - Do các nguyên lý nhiệt động lực học cơ bản, hai phần ba lượng nhiệt do lò phản ứng hạt nhân tạo ra bị lãng phí. Sản xuất nhiệt điện kết hợp là lĩnh vực đang ngày càng được quan tâm và có nhiều tiềm năng trong nhiều hình thức phát điện, bao gồm cả điện hạt nhân. Nhiệt thải có thể được thu hồi và chuyển sang nhiều ứng dụng bổ trợ, như sưởi ấm khu vực hoặc khử muối, để nâng hiệu suất tổng thể. Nhiệt thải có thể được dùng để vận hành công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí, và ngày càng có nhiều hào hứng quanh các lò phản ứng nhiệt độ cao để cấp năng lượng cho những quy trình công nghiệp khó khử carbon.
  • Y học hạt nhân - Đồng vị phóng xạ được dùng thường xuyên cả để chẩn đoán lẫn điều trị ung thư và các bệnh khác. Nguồn cung đang ngày càng thiếu vì các lò phản ứng dùng để sản xuất những sản phẩm này đã cũ và đang dần đóng cửa. Đầu tư vào điện hạt nhân và xây dựng các lò phản ứng mới có thể giúp giải quyết vấn đề này.

(Dựa trên các tài liệu tham khảo bổ sung và bình luận sau đây của Tiến sĩ Nathaniel Read, 2024)

Tài liệu tham khảo và đọc thêm

Đánh giá toàn diện về tích hợp năng lượng tái tạo cho sản xuất nhiệt điện kết hợp | Chuyển đổi và Quản lý Năng lượng

Đồng vị phóng xạ trong y học | Hiệp hội Hạt nhân Thế giới

Bạn có phải là nhà tài trợ, nhà khoa học, nhà giáo dục hay nhà hoạch định chính sách?

Muốn ủng hộ hoặc hợp tác cùng Earth 2050? Liên hệ với chúng tôi nhé.

info@earth2050.com