Phế liệu hạt nhân

[Huu Le]

Những phế liệu hạt nhân
Vietsciences- Đặng Đình Cung 17/12/2005
Nguồn gốc của các phế liệu hạt nhân
Khối lượng những phế liệu hạt nhân
Những chính sách xử lý nhiên liệu hạt nhân đã được phóng xạ
Những loại phế liệu hạt nhân
Những phế liệu có hoạt tính rất thấp
Những phế liệu có chu kỳ dưới 30 năm
Những phế liệu có chu kỳ dài hơn 30 năm
Kết luận


Như mọi ngành công nghệ, ngành năng lượng hạt nhân cũng sinh ra phế liệu. Từ kinh nghiệm thực tế, những phế liệu hạt nhân không nguy hiểm, dễ kiềm chế và dễ xử. Tuy nhiên, vì nhiều lý do, nhân loại vẫn sợ những phế liệu hạt nhân hơn là những phế liệu độc hại hơn nhiều như là phế liệu của các ngành hóa học hay nông thực phẩm.

Để đóng góp vào tham luận về vấn đề này chúng tôi xin khai triển những điểm trên.

Nguồn gốc của các phế liệu hạt nhân
Những phế liệu hạt nhân sinh ra :

· khi làm nổ một quả bom nguyên tử,

· khi một nhà máy hạt nhân bị tai nạn và thải ra những sản phẩm phân hạch,

· do sự điều hành thường xuyên của những cơ sở liên quan đến sản xuất năng lượng hạt nhân,

· và từ những quần áo, dụng cụ làm việc và trắc nghiệm và những đồng vị dùng trong các ngành y tế, nghiên cứu khoa học, trắc nghiệm vật liệu, xử lý nông thực phẩm,...

Khi một quả bom nguyên tử nổ thì những phản ứng hạt nhân sinh ra những tia neutron và tia gamma và một số sản phẩm phân hạch. Những vật này chỉ sống có vài giây khắc cho tới trên dưới 30 năm. Nói một cách khác, chỉ cần chờ vài chục năm là những nơi bị oanh tạc hạt nhân sẽ trở lại bình thường. Những tỉnh Hiroshima và Nagasaki bây giờ là những thị xã phồn thịnh. Thổ dân quần đảo Bikini, nơi Hoa kỳ thí nghiệm bom kinh khí khi xưa, đã được phép hồi hương.

Ảnh hưởng đến môi trường của một tai nạn hạt nhân tương tự như một quả bom nguyên tử nổ. Nếu tai nạn có quy mô lớn như ở Tchernobyl thì xung quanh nhà máy có thể bị ô nhiễm trong một thời gian vô hạn định bởi những sản phẩm phân hạch có chu kỳ dài chứa trong lò phản ứng.

Trong ngành năng lượng hạt nhân, những phế liệu thải từ khâu đào mỏ cho đến khâu chế tạo những bó nhiên liệu thì không có hoạt tính phóng xạ.

Ngược lại, những vật liệu thường xuyên được rút ra từ lò phản ứng có hoạt tính phóng xạ cao hay rất cao. Chúng gồm bởi những đồng vị uranium và plutonium chưa bị đốt cháy, những sản phẩm phân hạch actinid như là neptunium, americium và curium, và vài sản phẩm phân hạch nhẹ khác như là cesium, strontium và iodium.

Ngoài ra những kim loại cấu trúc của những bó nhiên liệu và của lò phản ứng sinh ra những sản phẩm hoạt hóa như là những đồng vị côban Co‑60và sắt Fe‑55.

Một phần nhỏ những đồng vị uranium và plutonium do các lò phản ứng hạt nhân thải ra được dùng để chế taọ nhiên liệu MOX. Phần còn lại được tạm trữ chờ ngày những lò phản ứng neutron nhanh được hiệu chỉnh để tiêu thụ chúng. Vì thế chúng không phải là phế liệu của ngành năng lượng hạt nhân mà phải coi chúng là những nhiên liệu để dành cho tương lai. Việc để dành quặng mỏ, nguyên liệu và nhiên liệu để xử lý hay sử dụng khi những điều kiện kinh tế hay công nghệ thuận lợi hơn rất thông thường trong mọi ngành công nghệ.

Những đồng vị phóng xạ có chu kỳ ngắn hơn một năm có thể coi là phế liệu nhưng không phải là phế liệu hạt nhân vì quy trình xử lý phế liệu của ngành hạt nhân là mười năm, thời hạn để chúng mất hết hoạt tính phóng xạ.

Rút cục chỉ có những đồng vị phóng xạ có chu kỳ dài hơn một năm và những vật liệu bị chúng ô nhiễm (quần áo, găng tay, công cụ, thành phần cấu trúc,...) mới đúng là phế liệu hạt nhân.

Khối lượng những phế liệu hạt nhân
So với phế liệu công nghiệp thường thì khối lượng những phế liệu hạt nhân không lớn mấy. Hiện nay, ở Pháp, nước có nhiều nhà máy điện hạt nhân thứ nhì sau Hoa kỳ, mỗi năm thải ra :

· một tỷ mét khối phế liệu công nghệ đủ loại, chiếm một khối một kilô-mét mỗi cạnh,

· trong số đó có 10 triệu mét khối phế liệu công nghệ độc hại, chiếm một khối 215 mét mỗi cạnh,

· trong số 10 triệu mét khối phế liệu công nghệ độc hại có 80.000 mét khối phế liệu hạt nhân, chiếm một khối 43,1 mét mỗi cạnh, khối lượng một kho hàng cỡ trung bình,

· và trong số 80.000 mét khối phế liệu hạt nhân những phế liệu có hoạt tính cao chiếm 5,3 mét khối, khối lượng nước sinh hoạt một gia đình Pháp tiêu thụ trong một ngày.

Với tiến bộ của kỹ thuật xử lý phế liệu những khối lượng trên liên tục giảm xuống.

Vì chiếm một khối lượng nhỏ như thế nên việc lưu trữ tạm thời hay vĩnh viễn bỏ rơi những phế liệu hạt nhân không phải là một vấn đề nan giải có ảnh hưởng quan trọng đến môi trường tự nhiên.

Những chính sách xử lý nhiên liệu hạt nhân đã được phóng xạ
Chúng ta có hai chính sách xử lý nhiên liệu hạt nhân đã được phóng xạ :

· không xử lý trước khi chôn vùi,

· phân loại phế liệu và sau đó chôn vùi tùy theo loại phế liệu.

Hoa-kỳ coi những vật đã được phóng xạ là phế liệu cuối cùng nên không có chính sách xử lý trước khi chôn vùi những gì do những lò phản ứng dấn sự thải ra[ii]. Lẽ cốt nhiên họ bố trí mọi quy định đề phòng thích ứng để làm tối thiểu ảnh hưởng đến môi trường. Lý lẽ chính thức nêu lên là nếu phân loại những thành phần nhiên liệu đã được phóng xạ thì có thể tách rời nguyên tử plutonium và, do đó, có thể gây nên tăng sinh vũ khí hạt nhân[iii]. Thực ra họ nghĩ rằng xử lý những bó nhiên liệu hạt nhân để phân loại những thành phần phóng xạ là không kinh tế vì nước họ không thiếu chỗ hoang vu.

Pháp thì có chính sách xử lý những bó nhiên liệu để giải quyết khác nhau mỗi loại phế liệu hạt nhân. Nhờ thế, thay vì giải quyết vấn đề do một triệu mét khối phế liệu hạt nhân thải ra từ đầu kỷ nguyên hạt nhân, họ chỉ chú trọng đến 10.000 mét khối phế liệu có hoạt tính cao hay có chu kỳ dài đang chờ được xử lý dứt khoát. Giải pháp này nhất định là thuận lợi cho môi trường. Về phương diện kinh tế thì giải pháp này cho phép dùng triệt để những nguyên tử uranium lấy ra từ mỏ và nhân lên gần một trăm lần dự trữ nhiên liệu hạt nhân tiềm tàng !

Chính sách của Pháp xử lý và phân loại trước khi chôn vùi đang được sự nhất trí của giới chuyên gia hạt nhân[iv]. Mặc dù hoàn cảnh địa dư cũng thuận lợi như Hoa-kỳ, Canada mới chuyển sang chính sách này nhưng chưa khởi công gì cụ thể cả. Sau sự cố 11 tháng chín 2001, tổng thống Bush hình như cũng có xu hướng thiên về chính sách xử lý và phân loại. Hiện nay Pháp đang gia công chộn plutonium lấy từ những bom nguyên tủ Mỹ vào uranium tự nhiên để chế tạo thử vài mẻ nhiên liệu cho những lò phản ứng hạt nhân dân sự.

Đức nhờ Pháp gia công việc xử lý nhiên liệu đã được phóng xạ. Lý do không phải vì áp lực của những đảng chính trị có chủ nghĩa bảo vệ môi trường. Lý do là Đức có ít nhà máy hạt nhân nên xây một nhà máy để xử lý phế liệu của mình tốn tiền hơn là thuê Pháp xử lý hộ. Trong khi chờ đợi xây xong nhà máy của họ, Nhật-bản cũng giao cho Pháp việc xử lý nhiên liệu đã được phóng xạ của họ. Sau khi được xử lý ở Pháp phế liệu của nước nào thì mang về nước ấy.

Vì khối lượng tích lũy của họ chưa tới mức trầm trọng, những nước khác tạm trữ nhiên liệu đã được phóng xạ trong những bể nước. Chỉ cần bốn mét nước là ngăn cản tất cả những loại tia phóng xạ nên việc tạm trữ như thế rất an toàn với điều kiện là phải canh phòng khắt khe.

Những loại phế liệu hạt nhân
Chúng ta xếp loại những phế liệu hạt nhân theo hai tiêu chuẩn :

· theo hoạt tính, tính bằng becquerel, để quy định những biện pháp bảo vệ,

· theo chu kỳ những đồng vị phóng xạ trong phế liệu, tính bằng đơn vị thời gian, để ước lượng thời gian phải canh phòng.

Dựa trên đó các chuyên gia Pháp xếp phế liệu thành ba loại chính với ba phương pháp xử lý khác nhau : những phế liệu có hoạt tính rất thấp, những phế liệu có hoạt-tính thấp và chu kỳ dưới 30 năm, và những phế liệu có chu kỳ hơn 30 năm.

Những phế liệu có hoạt tính rất thấp
Những phế liệu loại này có hoạt tính từ một đến một trăm Becquerel mỗi gram. Chúng thể hiện dưới dạng bêton, gạch vụn, đất, kim khí vụn, plastic, khung nhà, ống dẫn không khí, ống dẫn thủy,... Khối lượng của chúng chủ yếu là những vật liệu xây dựng tháo gỡ từ những cơ sở hạt nhân đã ngưng hoạt động. Một phần nhỏ những phế liệu loại này sinh ra từ những cơ sở công nghiệp hóa học và luyện kim và từ việc chỉnh đốn và khôi phục những địa hình xưa kia bị ô nhiễm bởi những chất phóng xạ.

Sau vài chục năm hoạt tính những phế liệu có hoạt tính sẽ giảm xuống mức của mọi vật liệu sẵn có ngoài môi trường tự nhiên. Vì thế không có quy định đặc biệt nào để xử lý chúng ngoài những quy định sẵn có của những phế liệu công nghệp đặc biệt[v].

[Huu Le]

Những phế liệu có chu kỳ dưới 30 năm
Những phế liệu này được gọi là phế liệu loại A. Chúng do những phòng thí nghiệm, những dịch vụ y tế hạt nhân, công nghiệp không liên quan đến năng lượng hạt nhân (nông thực phẩm, luyện kim,...) và những nhà máy hạt nhân (những vật dụng bị nhiễm xạ như là bao tay, bộ lọc, nhựa trao đổi ion,...) thải ra. Ở Pháp, 80 phần trăm khối lượng và non một phần trăm tổng số hoạt tính phế liệu hạt nhân thuộc vào loại này. Chúng phát ra những tia bêta và gamma.

Những phế liệu loại A có chu kỳ ngắn hơn 30 năm, nghĩa là sau 300 năm thì hoạt tính của chúng tương đương với hoạt tính của môi trường tự nhiên. Vì thế chúng được đặt trong những phuy kim loại có xi măng chèn và được chôn trong một hố đào ngay từ mặt đất ở một nơi địa chất có đặc tính thuận tiện. Những địa điểm đó sẽ được canh phòng và kiểm tra trong ba thế kỷ. Sau đó khuôn viên sẽ được trả lại cho thiên nhiên.

Những phế liệu có chu kỳ dài hơn 30 năm
Những phế liệu này được gọi là phế liệu loại B và C.

Những phế liệu loại B gồm bởi những tập hợp những bó nhiên liệu đã được phóng xạ để sản xuất năng lượng sau đó bị cắt xén ở cơ sở xử lý phế liệu hạt nhân, những công cụ cắt xén những tập hợp đó bị hao mòn và không còn dùng được nữa, và, trong tương lai, những cấu trúc bị nhiểm xạ mạnh của các lò phản ứng hạt nhân bị tháo gỡ.

Sau khi cắt xén những phế liệu này được ép lại để giảm khối lượng của chúng. Ở Pháp 10 phần trăm khối lượng và 10 phần trăm hoạt tính tổng số phế liệu hạt nhân thuộc vào loại này.

Những phế liệu loại C gồm bởi những sản phẩm phân hạch của những lò phản ứng hạt nhân không còn công dụng kinh tế nào nữa. Ở Pháp, những phế liệu loại này tập trung 90 phần trăm hoạt tính của tất cả những loại phế liệu hạt nhân nhưng khối lượng chúng chỉ bằng chưa tới một phần trăm.

Những phế liệu loại B và loại C có chu kỳ dài hơn 30 năm nên phải chờ vài nghìn năm thì hoạt tính của chúng mới giảm một cách đáng kể. Vì thế tương lai của chúng đặt ra vấn đề.

Các chuyên gia ngành hạt nhân đã đề ra hai giải pháp thỏa mãn về mặt an toàn :

· chôn những phế liệu đó ở dưới lòng đất,

· và/hay biến đổi những đồng vị có hoạt tính mạnh thành những đồng vị khác không phóng xạ hay có hoạt tính nhẹ hơn.

Giải pháp thứ hai này có thể được thực hiện trong một lò phản ứng neutron nhanh khi những loại lò này được hiệu chỉnh. Tuy nhiên dù áp dụng triệt để giải pháp đó cũng còn một phần ít hay nhiều phế liệu phải chôn vùi.

Những phế liệu loại B phát ra những tia alpha nên tỏa ra ít nhiệt. Những phuy chứa những phế liệu loại này có thể xếp sát gần nhau để tiết kiệm khối tạm trữ. Những phế liệu loại C phát ra cả ba loại tia alpha, bêta và gamma và tỏa nhiệt trong cả chục năm. Những phuy chứa những phế liệu loại này phải cách nhau nhiều hay ít tùy theo nhiệt lượng tỏa ra để cho sức nóng có thể tự nhiên phân tán.

Những chuyên gia dự trù sẽ tiếp tục xếp đặt như vậy khi đặt những phuy phế liệu dưới lòng đất. Họ cũng dự trù để những hầm chôn thoáng gió trong một thế kỷ trước khi bịt kín hầm vì họ muốn có thì giờ nghiên cứu những biến đổi về tính chất an toàn của hầm và tiếp tục khám phá ra được một phương thức an toàn hơn và/hay giảm thêm khối lượng phế liệu hạt nhâncuối cùng.

Kết luận
Phế liệu hạt nhân đặt ra những vấn đề tế nhị về kỹ thuật cũng như về chính trị.

Về kỹ thuật thì ở gần phế liệu hạt nhân không có gì là nguy hiểm vì chỉ cần đến một mét bê tông hay bốn mét nước là ngăn cản được tất cả những tia phóng xạ. Những phế liệu đó chỉ nguy hiểm khi cơ thể hấp thụ chúng mà không thải chúng ra ngay. Việc này có thể xảy ra khi gió thổi làm bốc lên những bụi phế liệu và chúng ta hít những bụi đó. Quy trình thông thường là những phế liệu được chất ở một nơi có nước ngầm chảy qua. Nước ngầm sẽ chuyển những nguyên tử phóng xạ đi xa. Sau đó những nguyên tử đó thấm vào thảo vật và nước uống rồi qua đó vào cơ thể súc vạt và con người.

Vì thế những địa điểm chôn vùi phế liệu hạt nhân phải là những nơi kín không có thấm nước ở thời điểm chôn vùi và trong tương lai : địa chất không được biến đổi, một cách tự nhiên hay do hiệu ứng của phế liệu, để trở nên thấm nước.

Về chính trị thì người dân thường cũng như những nhà cầm quyền của họ đâu phải là những chuyên gia về hạt nhân. Khi nghe những lý lẽ mâu thuẫn với nhau thì họ lo ngại nếu địa phương của họ đựơc chọn làm nơi chôn vùi phế liệu hạt nhân.

Để giải tỏa sự lo ngại này và có thể quyết định trên cơ sở khoa học, năm 1991 Quốc hội Pháp đã ra một đạo luật gọi là đạo luật Bataille, tên ông nghị sĩ đề xướng đạo luật đó. Đạo luật Bataille gia hạn mười năm năm cho những chuyên gia hạt nhân Pháp phải nghiên cứu và trình kết quả nghiên cứu trước Quốc hội trên ba đề tài :

1. Phân tách và chuyển hóa những hạt nhân phóng xạ

2. Tồn trữ những phế liệu có hoạt tính cao và chu kỳ dài ở những lớp địa chất xâu

3. Đông gói những phế liệu và tạm lưu trữ chúng trong một thời gian có thể dài.

Sau khi đánh giá những báo cáo thì Quốc hội sẽ ra quyết định vào khoảng những năm 2006 2007.

Đây là một gương sáng mà các nước khác cần nêu theo : chuyên gia chỉ có thể đặt vấn đề và giải quyết vấn đề nhưng không thể quyết định thay thế đại diện của dân về những chuyện trọng đại như là an toàn của con người. Như viết ở trên, phế liệu hạt nhân không phải là rủi ro kỹ thuật mà chỉ là một rủi ro chính trị.

Rủi ro chính trị thứ nhất là những nước chậm tiến có chính thể chuyên chế và tham nhũng hùa với những xí nghiệp hạt nhân vô kỷ luật. Nếu theo đúng những quy cách và quy định tả ở trên thì không có gì là nguy hiểm cả. Nhưng một công ty có thể thấy rằng làm như vậy thì tốn kém và thông đồng với một nhà độc tài một xứ vô trị để chuyển phế liệu của mình vứt sang nước đó. Trong tình huống đó thì dân địa phương có rủi ro bị nhiểm xạ.

Rủi ro thứ hai là một cường quốc hạt nhân có chính thể chuyên chế và vô trách nhiệm. Hiện nay những phế liệu phóng xạ và những lò phản ứng của tầu biển không dùng nữa bị thải ra từ thời đại Liên-xô ứ đọng bừa bãi mà không có ai trông nom ở bán đảo Kola, những đảo New Zemble, những vùng Archangelsk và Norilsk và ven biển Nhật-bản. Không ai có ý kỳ dị đi du ngoạn ở những nơi lạnh lẽo gần Bắc cực đó. Nhưng không ai biết những dòng nước bể chở những nguyên tử phóng xạ đi đâu và những nguyên tử đó làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe nhân loại cho tới đâu.




--------------------------------------------------------------------------------

Đề nghị bạn đọc xem những khái niệm vật lý và định nghĩa những từ chuyên môn trong những bài đã đăng về năng lượng hạt nhân và rủi ro của phóng xạ.

[ii] Chúng tôi không biết chính sách đối với những lò phản ứng quân sự của Hoa kỳ ra sao và cũng không biết chính sách nói chung của Nga và các nước Liên xô cũ như thế nào.

[iii] Chúng tôi sẽ trở lại vấn đề vũ khí hạt nhân trong một dịp khác.

[iv] Bạn đọc có thể xem chi tiết về chôn vùi phế liệu phóng xạ ở trạm Internet của ANDRA : www.andra.fr hay là viết thư hỏi ANDRA gửi biếu cuốn "Faut il avoir peur des déchets radioactifs ?" của Michèle Chouchan.

[v] Người ta phân biệt phế liệu công nghiệp thường và phế liệu công nghiệp đặc biệt. Những phế liệu công nghệ đặc biệt phải được xử lý theo một kỹ thuật thích ứng do chính quyền quy định, đặt ở những địa điểm do chính quyền cho phép đặt và được cahn phòng theo quy định chính quyền đề ra.