Những lò phản ứng hạt nhân thu nhỏ, còn được gọi là microreactor hay “pin hạt nhân”, đang được kỳ vọng sẽ tạo ra bước đột phá lớn trong ngành năng lượng vào năm 2030.

Không giống với các nhà máy hạt nhân khổng lồ của thế kỷ trước, vốn từng được kỳ vọng rồi lại bị dè dặt sau các sự cố như Chernobyl hay Three Mile Island, microreactor chỉ nhỏ bằng một chiếc container hoặc vừa trên thùng xe tải, nhưng lại có khả năng cung cấp điện cho hàng nghìn hộ dân mỗi năm. Với kích thước khiêm tốn nhưng hiệu quả cao, loại lò phản ứng này được đánh giá là giải pháp an toàn, tiết kiệm và linh hoạt hơn nhiều so với công nghệ truyền thống.

Cơ chế vận hành của microreactor vẫn dựa trên nguyên lý phân hạch hạt nhân quen thuộc: các hạt neutron bắn phá hạt nhân Uranium-235, tạo ra năng lượng và duy trì phản ứng dây chuyền. Tuy nhiên, việc thu nhỏ lò phản ứng cũng đặt ra thách thức lớn: tỷ lệ diện tích bề mặt/lõi tăng khiến nhiều neutron bị thất thoát ra ngoài, làm phản ứng khó duy trì. Để khắc phục, các nhà khoa học sử dụng nhiên liệu TRISO, các hạt Uranium-235 được làm giàu cao, bọc trong nhiều lớp gốm và carbon chịu nhiệt, giúp tăng hiệu suất, ngăn tan chảy lõi và giữ lại các sản phẩm phân hạch nguy hiểm bên trong. Ngoài ra, thay vì dùng nước như các lò phản ứng thông thường, microreactor tận dụng các chất tải nhiệt có điểm sôi cao như khí helium, muối nóng chảy hay kim loại lỏng, cho phép hoạt động ở nhiệt độ cao và hiệu suất lớn hơn.

So với các nhà máy điện hạt nhân truyền thống có thể ngốn tới 15 tỷ USD để xây dựng, microreactor chỉ cần vài trăm triệu USD. Đây là một mức đầu tư dễ tiếp cận hơn nhiều cho cả các startup như Radiant Nuclear, Oklo lẫn các tập đoàn lớn như Westinghouse. Nếu dự án thất bại, rủi ro tài chính cũng chỉ ở mức vài trăm triệu USD thay vì hàng tỷ đô như trước. Đặc biệt, nhờ thiết kế đơn giản, kích thước nhỏ và cơ chế làm mát thụ động, vốn không cần điện hay bơm nước mà vẫn tự động tản nhiệt qua dẫn nhiệt, đối lưu hoặc bức xạ, microreactor có thể giảm thiểu tối đa nguy cơ sự cố, tránh lặp lại thảm họa như Fukushima năm 2011 khi mất điện làm tê liệt hệ thống làm mát.

Ứng dụng của microreactor rất đa dạng. Ngoài các vùng xa xôi, căn cứ quân sự, khu khai thác mỏ hay cộng đồng hẻo lánh, microreactor còn có thể được lắp đặt trên sà lan nổi để cung cấp điện cho đảo hoặc vùng ven biển. Các trường đại học như Penn State, MIT và cả các trung tâm dữ liệu của Big Tech cũng đang quan tâm đến giải pháp này, nhờ khả năng hoạt động liên tục 5 đến 8 năm không cần tiếp nhiên liệu, vận hành tự động chỉ với 1 hoặc 2 người giám sát. Về lâu dài, microreactor còn là ứng viên lý tưởng cho các sứ mệnh không gian, cung cấp năng lượng cho căn cứ trên Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa.

Theo kế hoạch, Westinghouse – một trong những công ty dẫn đầu lĩnh vực này – sẽ triển khai những tổ máy thương mại đầu tiên vào năm 2030, với mục tiêu sản xuất hàng loạt như cách Henry Ford từng làm với ô tô. Nếu thành công, công nghệ này có thể mở ra một kỷ nguyên mới, nơi năng lượng sạch, ổn định và không phát thải carbon có thể đến với mọi ngóc ngách trên Trái Đất – và cả ngoài không gian. Microreactor không chỉ là một giải pháp công nghệ, mà còn là bước tiến quan trọng giúp nhân loại tiến gần hơn tới một tương lai năng lượng bền vững, tự chủ và thông minh hơn.

Nguồn: Popular Mechanics