Các nhà nghiên cứu Trung Quốc vừa công bố những thông tin chi tiết quan trọng về tàu chở hàng KUN-24AP đang trong quá trình phát triển. Đây là một tàu vận tải hạt nhân có khả năng chở tới 14.000 container tiêu chuẩn. Điểm nổi bật của con tàu này là lò phản ứng hạt nhân muối nóng chảy thorium (TMSR) với công suất nhiệt lên đến 200 megawatt (MW). Mức công suất này tương đương với lò phản ứng nước áp lực S6W trên tàu ngầm tấn công lớp Seawolf hiện đại của Hải quân Hoa Kỳ.
Điểm khác biệt lớn nhất của lò phản ứng mới này so với các lò phản ứng hạt nhân truyền thống là việc sử dụng thorium thay vì uranium. Thorium là một loại nhiên liệu hạt nhân an toàn và có trữ lượng lớn hơn. Lò phản ứng thorium không cần hệ thống làm mát lớn và buồng áp suất cao như các lò phản ứng uranium. Điều này giúp lò phản ứng mới nhỏ gọn, hoạt động êm ái và có độ tin cậy cao hơn. Nếu công nghệ này được triển khai thành công trên quy mô lớn, nó có thể tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành vận tải hàng hóa thương mại.
Mặc dù thiết kế của con tàu đã được công bố lần đầu tiên vào năm 2023, các chi tiết kỹ thuật cụ thể vẫn được giữ kín. Tuy nhiên, trong một bài báo đăng trên ấn phẩm Ship & Boat của Trung Quốc, kỹ sư cao cấp Hu Keyi từ Tập đoàn đóng tàu Jiangnan đã chia sẻ một số thông số kỹ thuật quan trọng và giải thích lý do lựa chọn lò phản ứng muối nóng chảy thorium cho hoạt động hàng hải. Theo đó, 200 MW nhiệt lượng từ lò phản ứng sẽ không được sử dụng trực tiếp để chạy tàu, mà sẽ được dùng cho máy tạo carbon dioxide siêu tới hạn (sCO²) thông qua chu kỳ Brayton. Đây là một quá trình nhiệt động lực hiệu suất cao, giúp chuyển đổi nhiệt lượng thành điện năng hiệu quả hơn so với turbine hơi nước.
Chu kỳ Brayton sử dụng khí nén như CO² được làm nóng đến nhiệt độ cực hạn, sau đó giãn nở qua turbine để sản xuất điện. CO² siêu tới hạn hoạt động giống như cả chất lỏng và chất khí, cho phép chế tạo các hệ thống nhỏ gọn với hiệu suất cao. Hệ thống này sẽ tạo ra 50 MW điện, đủ để cung cấp năng lượng cho con tàu hoạt động liên tục trên biển trong nhiều năm mà không cần tiếp nhiên liệu. Trong trường hợp khẩn cấp, tàu còn được trang bị một máy phát điện diesel dự phòng công suất 10 MW.
Một trong những mối quan ngại lớn nhất đối với tàu hạt nhân là nguy cơ tan chảy hoặc rò rỉ phóng xạ. Tuy nhiên, theo ông Hu, lò phản ứng muối nóng chảy lõi rắn sử dụng nhiên liệu thorium rất an toàn. Lò phản ứng này vận hành ở áp suất khí quyển, loại bỏ nguy cơ phát nổ do tích tụ áp suất. Phần lõi hoạt động ở nhiệt độ 700 độ C, nhưng nhờ hệ số nhiệt độ âm (phản ứng tự chậm lại khi nhiệt độ tăng), phản ứng mất kiểm soát sẽ không xảy ra.
Thiết kế của lò phản ứng bao gồm hai hệ thống khử nhiệt phân rã bị động: một hệ thống làm mát tuần hoàn tự nhiên bên trong khoang lò phản ứng và một hệ thống ống thoát khẩn cấp có thể dẫn muối nóng chảy vào bể làm mát khi cần thiết. Trong trường hợp xấu nhất, nếu quá trình làm mát thất bại, nhiên liệu muối nóng chảy sẽ rơi xuống buồng an toàn và cứng lại, giữ chặt vật liệu phóng xạ và ngăn chặn ô nhiễm lan rộng. Ngoài ra, toàn bộ lò phản ứng được thiết kế như một module kín với thời gian vận hành lên đến 10 năm. Sau đó, thay vì tiếp nhiên liệu, module lò phản ứng sẽ được thay thế, giúp giảm đáng kể nguy cơ rò rỉ hoặc lỗi do con người.
Nhờ vận hành ở nhiệt độ cao và sử dụng chu kỳ sCO² tiên tiến, hiệu suất chuyển đổi nhiệt lượng thành điện năng của lò phản ứng đạt mức 45-50%, vượt xa mức 33% của các lò phản ứng hạt nhân thông thường sử dụng hơi nước. Một ưu điểm khác của loại lò phản ứng mới này là thorium có trữ lượng dồi dào hơn nhiều so với uranium. Trung Quốc sở hữu trữ lượng thorium khổng lồ, đặc biệt là ở khu vực Nội Mông, nơi có đủ thorium để cung cấp năng lượng cho cả nước trong hơn 1.000 năm với mức tiêu thụ hiện tại.
Tuy nhiên, ông Hu cũng nhấn mạnh rằng vẫn còn một số trở ngại trong quá trình chế tạo tàu. Chi phí đóng tàu hạt nhân thương mại cao hơn nhiều so với tàu thông thường. Những rào cản chính về tài chính và vận hành bao gồm chi phí xây dựng ban đầu lớn, chi phí bảo dưỡng lò phản ứng, xử lý nhiên liệu đã qua sử dụng và đào tạo chuyên môn cho thủy thủ đoàn.
Admin
Nguồn: VnExpress
