Hầm chứa chất thải hạt nhân an toàn trong 100.000 năm

Hầm Onkalo nằm ở độ sâu hơn 400m dưới lòng đất chuyên lưu trữ chất thải có độ phóng xạ cao từ nhà máy điện hạt nhân, dự kiến hoạt động từ năm 2024.

Theo BBC, đảo Olkiluoto là nơi tọa lạc của 3 lò phản ứng hạt nhân. Mới nhất là Olkiluoto 3 (OL3) vừa được đưa vào hoạt động vào năm nay. Đây là nhà máy điện hạt nhân mới đầu tiên của Phần Lan trong hơn 4 thập kỷ, đồng thời là nhà máy mới đầu tiên của châu Âu sau gần 15 năm. 3 lò phản ứng chịu trách nhiệm cung cấp 33% nguồn điện cho người dân nước này.

Hầm chứa chất thải hạt nhân Onkalo đã tiêu tốn 1,07 tỷ USD cho quy trình xây dựng và dự kiến chính thức hoạt động trong năm tới. Sự xuất hiện của căn hầm được các chuyên gia trong ngành đánh giá sẽ thay đổi hoàn toàn lĩnh vực này.

“Mọi người đều biết cần có một kho lưu trữ địa chất cho chất thải hạt nhân, nhưng chỉ có Phần Lan làm được điều đó”, Giám đốc Rafael Mariano Grossi của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) nói.

Trong khi đó, những quốc gia khác như Anh, Mỹ, Thụy Điển, Pháp, Canada vẫn đang trong quá trình tìm những giải pháp tương tự. “Phần Lan đã đi trước thế giới ít nhất một thập kỷ”, giáo sư ngành hóa học Gareth Law tại Đại học Helsinki nhận định.

Onkalo, hầm chứa chất thải hạt nhân vĩnh viễn đầu tiên trên thế giới. Trong vòng vài năm, những thanh nhiên liệu lò phản ứng đã qua sử dụng bọc trong thùng lớn bằng đồng và cao ngang hươu cao cổ sẽ được chuyển tới đây bằng thang máy. Tiếp theo, phương tiện tự lái sẽ đưa chúng tới một trong hàng chục đường hầm cụt thuộc mạng lưới giống tổ kiến ở lớp đá nền.

Thanh nhiên liệu uranium đã qua sử dụng sẽ bị bịt kín trong thùng chứa bằng đồng chống ăn mòn. (Ảnh: Reuters)

Sau khi 30 - 40 thùng đồng được chôn ở nền đường hầm, lỗ chôn sẽ bị bịt kín bằng bentonite, một loại đất sét hút nước. Các kỹ sư cũng lấp mỗi đường hầm bằng bentonite và bịt kín bằng bê tông. Những thùng đồng sẽ nằm yên ở đó trong 100.000 năm, ngay cả khi khí hậu ấm lên trong các thế kỷ tới mở ra kỷ Băng Hà tiếp theo. Theo Antti Mustonen, nhà địa chất học làm việc trong dự án, hầm chứa chất thải hạt nhân nằm trong lớp đá nền ổn định cách mặt đất 430m và thấp hơn 420m so với mực nước biển.

Hai trong số 4 lò phản ứng của Phần Lan nằm ở Olkiluoto. Sau khi một lò phản ứng mới ở Olkiluoto kết nối với mạng lưới điện cuối năm nay, năng lượng hạt nhân sẽ chiếm hơn 40% lượng điện ở quốc gia này. Tuy nhiên, năng lượng hạt nhân cũng đi kèm một hạn chế là thanh nhiên liệu uranium đã qua sử dụng rất nóng và có độ phóng xạ cao. Các thanh nhiên liệu có thể được ngâm trong bể nước để nguội dần trong hàng thập kỷ hoặc bọc thép và bê tông để lưu trữ khô. Dù theo phương pháp nào, việc lưu trữ trên mặt đất dễ bị ảnh hưởng bởi sự cố, tai nạn rò rỉ hoặc lỗi quản lý trong hàng nghìn năm chất thải nguy hiểm tồn tại, theo Budhi Sagar, chuyên gia hạt nhân từng làm việc ở Viện nghiên cứu Southwest.

Công tác xây dựng bên trong hầm chứa. (Ảnh: TVO)

Nếu không có biện pháp dài hạn, chất thải sẽ chồng chất. Phần Lan có khoảng 2.300 tấn chất thải vào năm 2019. 263.000 tấn nhiên liệu đã qua sử dụng nằm ở các cơ sở lưu trữ trên khắp thế giới, theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) trong báo cáo năm nay.

Posiva, công ty phát triển và quản lý Onkalo, bắt đầu tìm kiếm địa điểm xây hầm chứa vào thập niên 1990. Từ hàng chục địa điểm tiềm năng, họ rút gọn danh sách xuống còn 4 nơi với đặc điểm địa chất khác nhau. Lựa chọn cuối cùng nằm giữa Olkiluoto và khu vực quanh thị trấn Loviisa. Năm 1999, Posiva đề xuất lựa chọn địa điểm xây Onkalo.

Theo các nhà địa chất, lớp đá nền ở Onkalo gần như ổn định trong hàng tỷ năm, dù có bằng chứng về động đất trong 10.000 năm qua khi sông băng thu hẹp vào cuối kỷ băng hà gần nhất. Nhóm nghiên cứu của Posiva dự đoán không có trận động đất lớn nào trong vùng cho tới sau kỷ băng hà tiếp theo. Onkalo nằm giữa hai vùng đứt gãy song song, cách nhau khoảng 800 m. Nếu động đất xảy ra, hoạt động sẽ tập trung dọc hai đường đứt gãy có sẵn. Chúng sẽ hấp thụ chuyển động và không có gì xảy ra ở khu vực nằm giữa.

Nhưng động đất không phải mối đe dọa chính. Theo Sarah Hirschorn, giám đốc khoa học địa chất ở Tổ chức quản lý chất thải hạt nhân Canada (NWMO), cách duy nhất để các vật thể di chuyển từ nơi lưu giữ tới mặt đất và ảnh hưởng tới con người là cuốn theo dòng nước. Điều đó có nghĩa hầm chứa dưới lòng đất nên nằm trong lớp đất sét, muối hoặc đá tinh thể cứng, bởi chúng có lỗ rỗng nhỏ không thông với nhau nên nước rất khó ngấm qua. Ở Onkalo, lớp đá nền gần 2 tỷ năm tuổi chủ yếu là gneiss, một loại đá cứng hình thành dưới nhiệt độ và áp suất cao.

Dù không có kết cấu rỗng, lớp đá vẫn có thể chứa vết nứt và Posiva phải lập bản đồ để tránh những chỗ đó khi công nhân đào sâu hơn. Chính vết nứt điều khiển chuyển động của nước, nhà địa chất học Neil Chapman, cố vấn cho Cơ quan an toàn hạt nhân và phóng xạ (STUK) của Phần Lan cho biết. Nếu phát hiện bất kỳ vết nứt lớn nào khi khoan, hố đó sẽ không được sử dụng. Nếu ngấm vào hầm bằng cách nào đó, nước phải ngấm qua bentonite và đồng để tới chỗ nhiên liệu hạt nhân đã sử dụng.

Sau khi tới Onkalo, nhiên liệu đã sử dụng sẽ được xử lý ở nhà máy đóng gói. Trong phòng bằng thép không gỉ bao quanh bởi tường bê tông dày 1,3 m, robot sẽ hút kiệt nước còn sót lại trên thanh nhiên liệu từ hồ lưu trữ, bịt kín bên trong hộp gang đặt trong thùng chứa bằng đồng. Khí argon sẽ được bơm vào giữa hộp và thùng chứa để cung cấp môi trường khí trơ, sau đó thùng đồng được hàn chặt. Đồng có tốc độ xói mòn chậm. Khi nước ngầm ngấm tới độ sâu của Onkalo, phản ứng hóa học hoặc vi khuẩn sẽ tiêu thụ tất cả oxy.

Ngoài thùng đồng, vật liệu bentonite ở xung quanh cũng ngăn rò rỉ phóng xạ. Khoáng chất này không chỉ chống thấm nước mà còn ngăn vi sinh vật tiếp cận bề mặt thùng đồng. Vi sinh vật có thể trở thành mối đe dọa bởi chúng chuyển hóa sulfate trong nước ngầm và biến thành sulfide, khiến đồng bị ăn mòn chậm rãi. Posiva ghi nhận khả năng này nhưng tính toán của công ty cho thấy ngay cả khi nồng độ sulfide tăng lên, thùng đồng vẫn có tuổi thọ hơn 100.000 năm. Nếu tất cả biện pháp an toàn trên thất bại, chất thải rò rỉ vẫn phải vượt qua rào cản cuối cùng. Sau khi trải qua hàng thập kỷ để lên tới mặt đất, nồng độ phóng xạ sẽ giảm xuống.