Fukushima 1 không phải là Chernobyl thứ hai
Khi tôi viết những dòng này, trận động đất 9 độ Richter và sóng thần cao 10m tại tỉnh vùng Iwate – Miagi – Fukushima, Nhật Bản đã cướp đi sinh mạng của 5692 người, làm 9506 người mất tích [1], đồng thời gây ra tai hoạ tại nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) Fukushima 1. Tin động đất hiện tràn ngập các phương tiện truyền thông thế giới trong đó có Việt Nam. Các thông tin được đưa ra dồn dập, với những cách viết cường điệu đầy cảm tính, thậm chí theo xu hướng nhằm gây thất thiệt, đã khiến nhiều độc giả ở ngoài Nhật Bản, đặc biệt là tại Việt Nam, có một tâm trạng lo sợ gần như hoảng loạn. Trong bài này chúng ta hãy bình tĩnh phân tích tai hoạ tại Fukushima 1 để hiểu rõ mức độ thiệt hại như thế nào và tại sao đây không phải là một Chernobyl thứ hai như một số nhà “tiên tri” từng cảnh báo.
NMĐNT Fukushima 1 đi vào sử dụng từ năm 1971, toạ lạc tại tỉnh Fukushima cách Tokyo 241 km về phía đông bắc. Nhà máy có 6 lò phản ứng dùng nước sôi (BWR = boiling water reactor). Ngoài ra 2 lò phản ứng mới đang được xây dựng. Tất cả 6 lò này đều được hãng General Electric của Hoa Kỳ thiết kế. Các lò 1, 2, và 6 do hãng General Electric sản xuất, trong khi lò số 3 do hãng Toshiba và lò số 4 do hãng Hitachi sản xuất. Trận động đất ngày 11/3/2011 đã gây nổ tại các toà nhà của lò phản ứng số 1 – 3, và cháy tại lò số 4. Đây là các lò loại BWR Mark I (Xem hình 1).
Lò BWR hoạt động theo nguyên tắc như sau. Phản ứng phân hạch toả ra nhiệt, đun sôi nước, tạo ra hơi nước sôi làm quay các turbine chạy máy phát ra điện. Hơi nước sau đó được nước dẫn từ ngoài vào làm lạnh, ngưng tụ lại thành nước. Nước này lại được bơm ngược trở lại lò phản ứng để được nhiệt đun sôi làm bốc hơi.
Nhiên liệu hạt nhân, chủ yếu là gốm uranium dioxide UO2 (UOX) hay oxide hỗn hợp gồm 7% plutonium và 93% uranium (Mixed oxide hay MOX). MOX được dùng trong lò số 3 của NMĐNT Fukushima 1. Uranium dioxide có nhiệt độ nóng chảy khoảng 3000 độ C. Nhiên liệu hạt nhân được sản xuất dưới dạng các viên nhỏ hình trụ đường kính khoảng 10 mm, trông như viên thuốc (Hình 2).
Các viên nhiên liệu này được nhét vào những ống dài khoảng 4 m, gắn kín làm bằng hợp kim zirconium, thiếc, kền và sắt (Zircalloy), có nhiệt độ nóng chảy khoảng 2200 độ C, gọi là các thanh nhiên liệu (fuel rod). Những thanh nhiên liệu được ghép thành từng bó (assembly), dài khoảng 4.5 m (Hình 3) tạo thành lõi của lò phản ứng (reactor core) (1 trong Hình 1), chứa vài trăm thanh nhiên liệu. Như vậy Zircalloy tạo thành lớp vỏ thứ nhất ngăn cách chất phóng xạ và bên ngoài. Lõi lò được đặt trong buồng áp suất (pressure vessel), tạo thành lớp vỏ thứ hai, đảm bảo giữ cho lõi lò hoạt động an toàn ở nhiệt độ tới vài trăm độ C.
Điều tối quan trọng của NMĐNT là toàn bộ hệ thống phải đảm bảo cân bằng năng lượng, có nghĩa là nhiệt năng do lõi lò sản xuất ra phải bằng nhiệt năng được tiêu thụ (cho việc chạy các turbines). Để đảm bảo an toàn trong trường hợp mất cân bằng năng lượng, khiến áp suất trong lò tăng cao, người ta thiết kế một hệ thống làm giảm áp suất mang tên Mark I, Mark II, và Mark III. Trong tất cả các thiết kế này buồng áp suất cùng các ống dẫn, hệ thống máy bơm, hệ thống dự trữ nước làm lạnh, được gắn kín trong một cái hầm làm bằng bê-tông cốt thép, rất dày để có thể chứa vô thời hạn nếu lò tan chảy. Hầm chứa này gồm 3 phần: giếng khô (Hình 1: DW = drywell), giếng ướt (Hình 1: WW = wetwell) có bể giảm áp (supression pool hay torus) chứa nước và hệ thống ống thoát.
Toàn bộ hệ thống này được đặt trong một toà nhà, che chắn cho lò và bể chứa các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng (Hình 1: B). Đây là những toà nhà đã bị cháy hay nổ tung tại các lò số 1, 2, 3 và 4 của NMĐNT Fukushima 1.
Phản ứng phân hạch xảy ra như thế nào?
Khi hạt nhân uranium 235 hấp thụ một neutron nhiệt (thermal neutron), hoặc phân hạch (fission) tự phát (spontaneous fission), hạt nhân uranium sẽ tách ra làm hai mảnh, đồng thời phóng ra các hạt neutrons mới. Những hạt neutrons mới này có thể bắn vỡ các hạt nhân unranium 235 bên cạnh, tạo ra nhiều neutrons hơn, gây nên phản ứng dây chuyền (chain reaction) [2]. Mỗi phân hạch như vậy giải phóng khoảng 200 triệu electron-Volts, lớn gấp hàng chục tới trăm triệu lần năng lượng được tạo bởi đốt than trong nhà máy nhiệt điện. Để điều khiển phản ứng hạt nhân dây chuyền trong lò phản ứng, người ta dùng các thanh điều khiển (control rod). Các thanh điều khiển được làm từ hợp kim của các nguyên tố kim loại có khả năng hấp thụ neutron mà bản thân không bị phân hạch, ví dụ hợp kim bạc-indium-cadmium. Khi các thanh điều khiển cắm sâu vào giữa các bó thanh nhiên liệu, chúng hấp thụ neutrons, khiến neutrons không còn bắn phá được các hạt nhân uranium 235 nữa, nên phản ứng dây chuyền dừng lại.
Tuy nhiên, sau khi phản ứng dây chuyền đã dừng lại rồi, uranium 235 không phân hạch nữa, nhưng một lô các nguyên tố phóng xạ trung gian, sinh ra trong quá trình phân hạch, như iodine và cesium tiếp tục phân rã và sản ra nhiệt. Vì không phải là phân rã dây chuyền nên số lượng của các nguyên tố này giảm dần. Kết quả là lò phản ứng nguội dần cho đến khi nào các nguyên tố trung gian đó phân rã hết. Quá trình nguội lò này thông thường kéo dài vài ngày. Nhiệt được tạo ra do các nguyên tố trung gian phân rã được gọi là nhiệt dư (residual heat).
Như vậy các nguyên tố phóng xạ ở đây là uranium trong các thanh nhiên liệu, tạo ra nhiệt chạy turbines phát điện, và các nguyên tố phóng xạ trung gian, iodine và cesium, tạo ra nhiệt dư.
Còn một loại nguyên tố phóng xạ khác, được tạo ra bên ngoài các bó thanh nhiên liệu. Loại nguyên tố phóng xạ này sinh ra khi một số hạt neutrons, thay vì va chạm với các hạt nhân uranium trong các thanh nhiên liệu, lại thoát ra khỏi bó thanh nhiên liệu, húc vào các phân tử nước, hay khí quyển trong nước. Khi đó nguyên tố phi phóng xạ trong nước hay khí quyển hấp thụ hạt neutron, trở thành phóng xạ, như nitrogen 16, các khí trơ như argon, v.v. Nhưng những chất phóng xạ này có thời gian bán hủy (half-life) rất ngắn, chỉ độ vài giây, sau đó chúng bị phân hủy ngay thành các nguyên tố phi phóng xạ vô hại.
Sự cố tại NMĐNT Fukushima 1 đã xảy ra như thế nào?
NMĐNT Fukushima 1 được thiết kế chịu được động đất mạnh 7.9 độ Richter. Trận động đất hôm 13/1/2011 mạnh 9 độ Richter tại tâm địa chấn ngoài biển cách đất liền 126 km, tương đương sức công phá của 474 triệu tấn thuốc nổ TNT, gấp gần 50 lần sức chịu đựng của nhà máy. Khi vào tới bờ, sức mạnh của động đất đã giảm xuống dưới 7.9 độ Richter, tức nằm trong giới hạn chịu đựng của nhà máy. Rủi thay trong thiết kế của nhà máy không lường trước khả năng tàn phá của sóng thần (tsunami) cao tới 10 m, mà không ai tưởng tượng nổi.
Ngay sau khi động đất nện vào lúc 14:46, hệ thống tắt tự động đã cấm các thanh điều khiển vào lõi lò, làm ngừng phản ứng phân hạch trong tất cả 5 lò vào lúc 14:48 (Lò số 4 đang ở trong tình trạng bảo dưỡng nên đã ngừng hoạt động 4 tháng trước đó). Như vậy chỉ còn lại nhiệt dư, chiếm khoảng 7 % toàn bộ nhiệt năng sinh ra trong lò, là thứ cần phải dùng nước lạnh để làm nguội [3].
Hệ thống làm lạnh cần điện để chạy máy bơm, nhưng toàn bộ các lò phản ứng đã ngừng hoạt động, không sản ra điện nữa, ngoài ra toàn bộ các trạm phát điện khác xung quanh đã bị động đất làm tê liệt. Người ta phải dùng máy phát điện chạy bằng động cơ Diesel. Nhưng sóng thần cao 10m ập đến, làm tê liệt hoàn toàn các động cơ Diesel dùng để chạy máy phát điện. Người ta buộc phải dùng tới battery dự trữ để chạy máy phát điện, nhưng chỉ được 8 giờ đồng hồ là hết pin. Trong thời gian 8 giờ đó người ta vận chuyển động cơ Diesel lưu động đến, nhưng không nối được. Kết quả là sau khi hết nguồn điện dự trữ, nhiệt dư không thể làm nguội đi được nữa, đặt NMĐNT Fukushima 1 trước nguy cơ lõi lò bị tan chảy. Thế nào là lõi lò bị tan chảy? Do không đủ nước ngập các bó thanh nhiên liệu (các ống Zircalloy) bị lộ ra khỏi mặt nước (tiếng Anh gọi là bị exposed), tiếp tục nóng lên. Khoảng 45 phút sau, nhiệt độ vượt ngưỡng tới hạn 2200 độ C làm chảy vỏ gốm Zircalloy bao bọc các viên uranium oxide.
Sau khi đã dùng mọi phương án làm nguội lò nhưng bất thành, người ta buộc phải hạ áp suất trong lò bằng cách xả hơi nước tích tụ trong buồng áp suất ra ngoài qua các van. Nhiệt độ lúc này khoảng 500 – 600 độ C. Nhằm tránh xả hơi thẳng vào môi trường bên ngoài, người ta đã xả hơi vào phần không gian trong toà nhà bao bọc lò phản ứng. Như trên đã đề cập, toà nhà này có tác dụng chủ yếu là che chắn mưa nắng, làm lớp ngăn cách giữa phần bên trong NMĐNT với môi trường bên ngoài. Tòa nhà này bị hư hại không có nghĩa là lò phản ứng bị hư hại. Nếu bó nhiên liệu không bị tan chảy, hơi được xả ra mang theo nhiều nguyên tố phóng xạ trung gian đã đề cập ở trên, như nitrogen hay argon, không gây nguy hiểm cho con người. Tại nhiệt độ rất cao như vậy hơi nước bị phân tách thành hợp chất của khí hydrogen và oxygen, gây phản ứng nổ. Bên cạnh đó, nếu bị phơi (exposed) vỏ gốm Zircalloy gặp hơi nước tại nhiệt độ cao sẽ tạo ra phản ứng oxy hoá zirconium, làm hydrogen thoát ra, kết hợp với oxygen gây phản ứng nổ. Đó là vì sao các toà nhà lò phản ửng 1 – 3 bị nổ và lò 4 bốc cháy.
Như vậy vấn đề áp suất xem như đã được giải quyết. Tuy nhiên, nếu lò không được làm nguội, nước bốc hơi làm mực nước cạn, lộ các bó thanh nhiên liệu ra, khiến các thanh nhiên liệu bị tan chảy, như đã đề cập ở trên. Khi tan chảy như vậy, các nguyên tố sản phẩm phụ như iodine và cesium sinh ra trong quá trình phân rã uranium thoát ra hoà vào hơi nước xả ra ngoài. Khác với các nguyên tố phóng xạ trung gian sinh ra bên ngoài các thanh nhiên liệu, có thời gian sống (chính xác là thời gian bán hủy) chỉ vài giây, cesium 134 có thời gian bán hủy 2 năm còn cesium 137 – tới 30 năm. Iodine gây nguy hiểm cho tuyến giáp, vì tuyến giáp hấp thụ iodine trong máu. May thay iodine có thể bị cản không cho xâm nhập tuyến giáp bằng cách uống potassium iodide (người lớn uống 130 mg/1 ngày, trẻ em dưới 18 tuổi: 65 mg/ngày, trẻ từ 1 tháng – 3 tuổi: 32 mg/ngày, trẻ sơ sinh tới 1 tháng tuổi: 16 mg/ngày). Còn cesium, tuy không tích tụ lâu trong người do thoát ra theo đường bài tiết qua mồ hôi và nước tiểu, nhưng đọng lại trong đất, nước, thực vật. Động vật trong đó có người bị nhiễm liên tục qua đường tiêu hoá sẽ bị ung thư và vô sinh. Việc độ phóng xạ đo được rất cao bên ngoài nhà máy ngay sau khi các toà nhà nổ tung, nhưng giảm đi nhanh chóng, cho thấy phần lớn đó là các nguyên tố phóng xạ trung gian sinh ra bên ngoài các thanh nhiên liệu. Trong khi đó việc đo được iodine và cesium trong phóng xạ thoát ra là dấu hiệu cho thấy một phần của lõi lò đã bị tan chảy.
Để tránh bị kích hoạt trở thành chất phóng xạ, nước dùng làm nguội lò phải là nước sạch khỏi các khoáng chất. Nếu nước chứa muối hay các tạp chất khác, những chất này sẽ hấp thụ neutron, trở nên chất phóng xạ. Đối với việc làm nguội lõi lò thì việc dùng nước gì không thành vấn đề. Nhưng xử lý nước nhiễm phóng xạ sẽ gây nhiều khó khăn. Nhưng nước sạch không đủ, và người ta đã buộc phải bơm nước biển hoà boric acide vào để làm nguội lò. Boron trong boric acid hấp thu các neutrons còn sót lại, đóng vai trò chất xúc tác đẩy nhanh quá trình làm nguội lò.
Trong trường hợp tồi tệ nhất, nếu không làm nguội được lò, người ta vẫn phải tiếp tục xả hơi để làm giảm áp suất trong buồng lò. Sau đó người sẽ buộc phải hàn kín hầm bê tông cốt thép chứa giếng khô, giếng ướt cùng bể giảm áp, để cho lõi lò tan chảy trong đó mà không xả chất phóng xạ ra ngoài. Rồi người ta lại phải đợi một thời gian để các nguyên tố phóng xạ trung gian phân rã. Trong thời gian đó hệ thống làm lạnh phải được phục hồi để làm nguội toàn bộ hầm bê tông chứa lõi đã bị tan chảy. Tiếp đến là công việc nặng nhọc nạo vét hầm lò xử lý các chất thải của lõi lò đã bị chảy. Việc thu dọn chiến trường này kéo dài vài năm. Các lò bị đánh đắm bằng nước biển là những lò hỏng vĩnh viễn, không thể nào chữa đi để tái sử dụng được nữa [4].
Vấn đề cấp bách phát sinh hiện nay: Làm nguội các bó thanh nhiên liệu đã sử dụng
Sau khi đã qua sử dụng, các thanh nhiên liệu được rút ra khỏi lõi lò, ngâm trong nước trong một bể chứa (spent fuel pool) nằm ngoài buồng áp suất (Hình 1: SF). Bể này (Hình 4) chứa 2000 tấn nước, hở phía trên để người ta dễ vận chuyển các thanh nhiên liệu đã dùng và đã được làm lạnh, đem đi xử lý. Phần che chắn duy nhất của bể chứa là toà nhà bao bọc lò phản ứng. Bể cần 50 tấn nước chảy qua mỗi ngày để làm nguội các thành nhiên liệu. Nếu nước không đủ, hoặc bể chứa bị vụ nổ khí hydrogen thoát ra từ lò trước đó làm hư hại khiến nước thoát ra ngoài, mực nước sẽ thấp xuống, làm một phần các thanh nhiên liệu bị lộ ra khỏi mặt nước, tiếp xúc trực tiếp với khí quyển. Do không đủ nước làm nguội, nhiệt độ tiếp tục tăng lên, và các thanh nhiên liệu bị tan chảy sau khi nhiệt độ vượt ngưỡng tới hạn 2200 độ C, khí hydrogen gây hoả hoạn khiến các nguyên tố phóng xạ nguy hiểm cho sức khoẻ còn người như iodine và cesium đã đề cập ở trên thoát vào môi trường với số lượng lớn. Nhiều hay ít phụ thuộc vào số thanh nhiên liệu nằm trong bể chứa, mà thông thường không vượt quá số thanh nhiên liệu đang sử dụng trong lò. Đó là những gì thực sự đang xảy ra tại các lò số 1 – 3 trong ngày 15 và 16/3. Vì không đủ máy phát điện đế bơm nước vào bể chứa, người ta đã thử dụng máy bay trực thăng và vòi phun nước cuả cảnh sát để đưa nước vào bể qua lỗ thủng trên mái toà nhà sau khi các toà nhà bị nổ hoặc cháy. Những biện pháp này cần người điều khiển, vì thế không thể tiếp cận được toà nhà sau khi độ phóng xạ quanh đó tăng cao đe doạ sức khoẻ của những người làm nhiệm vụ cứu hộ. Đó là vì sao, trong ngày 16/3, máy bay trực thăng của quân đội phải rút lui sau khi độ phóng xạ lên tới trên 50 milisieverts/giờ (mSv/giờ) ngay bên ngoài nhà máy. Ngày hôm nay, 17/3, khi độ phóng xạ ở độ cao 90 m cách mặt đất tăng tới 87700 μSV/giờ, hai trực thăng của quân đội đã tiếp tục tưới nước. Sau khi vòi phun trên xe cảnh sát phun không trúng mục tiêu, 5 xe đặc chủng của quân đội đã phun 30 tấn nước vào bể chứa các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng. Công ty điện lực TEPCO vừa thông báo họ đã hoàn tất đường dẫn điện mới để cung cấp điện cho các máy bơm nhưng không nói rõ khi nào đường điện đó sẽ có thể hoạt động. Hãng General Electric, nơi đã sản xuất lò số 1, 2 và 6 của NMĐNT Fukushima 1, đã bắt đầu vận chuyển máy phát điện từ Mỹ sang Nhật. Một khi nguồn điện được khôi phục, người ta hy vọng hệ thống bơm trong bể chứa và lò sẽ hoạt động lại và sẽ hoàn thành việc làm nguội toàn bộ các thanh nhiên liệu.
Liều lượng phóng xạ
Liều lượng phóng xạ được đo bằng đơn vị sievert, viết tắt là Sv, theo tên cuả nhà vật lý y học người Thụy Điển, Rolf Sievert. Đây là đơn vị đo năng lượng phóng xạ, tính bằng joule (J), ngấm vào 1 kg vật chất: 1 Sv = 1 J/kg = 1 m2/giây2.
1 Sv = 1,000 mSv (milisieverts) = 1,000,000 μSv (microsieverts).
Như vậy 1 mSv = 1,000 μSv.
Dưới đây là một số ví dụ về liều lượng phóng xạ:
- Một lần chụp răng bằng X-quang: 5 μSv
- Một chuyến bay khứ hồi Tokyo – New York: 200 μSv
- Một lần chụp kiểm tra ung thư vú: 3,000 μSv
- Một lần chụp CT scan ngực: 6,000 – 18,000 μSv
- Phóng xạ tự nhiên trong cơ thế con nguời: 400 μSv/năm, tức khoảng 0.046 μSv/giờ
- Liều lượng phóng xạ cao nhất mà con người có thể chịu được mà không bị tổn hại sức khoẻ: 5.7 μSv/giờ
- Hút 1.5 bao thuốc lá mỗi ngày: 13 mSv/năm, hay 1.48 μSv/giờ
- Độ phóng xạ cao nhất bên ngoài lò số 3 tại NMĐNT Fukushima: 400,000 μSv/giờ sau đó nhanh chóng giảm xuống 5,000 μSv/giờ
- Vụ nổ NMĐNT tại Chernobyl: 300,000,000 μSv/giờ (300 triệu μSv/giờ), tức gấp 750 lần độ phóng xạ cao nhất thoát ra tại Fukusima 1
- Phóng xạ đo được tại Tokyo chiều 15/3/2011 (tức là sau khi toà nhà lò số 2 tại NMĐNT Fukushima 1 phát nổ): 0.8 μSv/giờ
Theo số liệu đo hàng ngày của Ủy ban khẩn cấp của viện Nghiên cứu Vật lý và Hoá học (RIKEN) tại thành phố Wako, nơi tôi đang sống và làm việc, hồi 3 giờ sáng ngày 15/3, mức phóng xạ là bình thường (0.04 μSv/giờ). Sau khi toà nhà lò phản ứng số 2 của nhà máy Fukushima 1 phát nổ lúc 6:00 giờ sáng, tại Wako city mức phóng xạ đo được tăng gấp 3 lần. Đến 10 giờ 37 mức đó tăng cao nhất, gấp 40 lần mức bình thường, nhưng tới 14 giờ 30 thì giảm xuống còn 0.13 μSv/giờ, tức gấp 3.25 lần mức bình thường. Tuy nhiên những con số này tại Wako city, kể cả lúc cao nhất (1.6 μSv/giờ) vẫn còn ít hơn vài lần (ít hơn 3.6 lần) so với giới hạn cho phép của mức phóng xạ mà con người có thể chịu mà không nguy hại cho sức khoẻ (50,000 μSv/năm tức khoảng 5.7 μSv/giờ). Hai ngày sau, 16 và 17/3 độ phóng xạ tại Wako city ổn định ở mức 0.13 – 0.14 μSv/giờ.
Vì sao Fukishima 1 không phải là Chernobyl thứ hai?
Vấn đề tối quan trọng hiện nay là bơm đủ nước để làm ngập các thanh nhiên liệu đã qua xử dụng dựng trong bể chứa, tránh cho chúng bị phơi ra không khí, làm nguội chúng, để chúng khỏi tan chảy. Nếu không, một lượng lớn các chất phóng xạ sẽ thoát vào khí quyển. Các chất phóng xạ phát ra các tia α (alpha), β (beta), γ (gamma). Hạt α nặng và chậm, nên khả năng đâm xuyên yếu, không qua nổi một tờ giấy. Hạt β nhẹ và nhanh, có khả năng đâm xuyên trung bình, dễ dàng bị chặn lại bằng một tấm nhôm hay nhựa. Vì thế các hạt α và β không thoát nổi ra ngoài buồng áp suất của lò phản ứng. Các tia γ có khả năng đâm xuyên lớn, nên người ta phải dùng những tấm chì dày, hay tường bê tông để cản chúng. Một loại bức xạ nguy hiểm nữa là bức xạ neutron, được tạo bởi các hạt neutrons tự do thoát ra từ phân hạch tự phát hay phân hạch trong phản ứng dây chuyền của các hạt nhân uranium xảy ra bên trong lõi lò. Neutron có khả năng đâm xuyên sâu, phá hủy các phân tử và nguyên tử tạo nên vật chất, làm các chất không phóng xạ trở thành chất phóng xạ (kích hoạt neutron), gây phàn ứng tạo ra bức xạ proton. Đối với neutron tấm che chắn bằng kim loại nặng (như chì) trở nên không có hiệu lực. Người ta phải dùng các chất liệu giàu hydrogen để cản các hạt neutrons (tường bê tông dày, các khối paraffin, nước). Sau khi neutrons đã bị các chất liệu trên làm chậm lại, người ta dùng các đồng vị như lithium 6 để hấp thụ neutrons. Trong thảm hoạ Chernobyl (xảy ra vào ngày 26/4/1986 tại NMĐNT Chernobyl, Ukraine thuộc Liên Xô cũ), do thiết kế sai và điều hành kém, hydrogen nổ ngay trong buồng áp suất bên trong lò phản ứng trước khi các thanh điều khiển kịp ngừng phản ứng dây chuyền, khiến toàn bộ lò nổ tung, văng tất cả nhiên liệu phóng xạ và các nguyên tố phóng xạ độc hại sinh ra trong phản ứng dây chuyền ra ngoài môi trường trong một vùng bán kính hơn 9 km.
Một vụ nổ như tại Chernobyl hầu như không có khả năng xảy trong sự cố NMĐNT Fukushima 1 bởi, từ lúc 14:48 ngày 13/3, ngay sau khi xảy ra động đất, hệ thống tắt tự động đã dừng ngay các phản ứng dây chuyền trong tất cả các lò. Khả năng các lò này phát nổ như một “quả bom bẩn” (dirty bomb) Chernobyl đã được loại trừ. Các vụ nổ khí hydrogen tại NMĐNT Fukishoma 1 đều xảy ra bên ngoài lò phản ứng, không làm hư hại hầm lò.
Việc khắc phục hậu quả của phóng xạ đã nhiễm vào khí quyển, đất, nước, thực vật là một vấn đề nghiêm trọng khác đối với Nhật Bản và sẽ kéo dài trong nhiều năm tới.
Wako city, 17/3/2011*)
Chú giải[sửa]
[1] Tới 30/3/2011 số người chết lên tới 11,232 vượt xa số người chết trong trận động đất tại Kobe năm 1995 (6,434), số người mất tích: 16,361, khiến trận động đất ngày 11/3/2011 trở thành thảm họa thiên nhiên gây nhiều tử vong nhất tại Nhật Bản kể từ sau Đệ Nhị Thế Chiến.
[2] Neutrons thoát ra trong phản ứng phân hạch có năng lượng khoảng 2 MeV (2 triệu electron-Volts), tức chuyển động với vận tốc khoảng 7% vận tốc áng sáng. Dù uranium 235 là nguyên tố fissile, tức có thể phân hạch bởi cả neutron nhanh (năng lượng khoảng từ 100 eV trở lên) lẫn neutron chậm (năng lượng vào khoảng từ 1 eV trở xuống), song tiết diện hấp thụ neutrons chậm của uranium 235 (~100 barns) lớn hơn khoảng 100 lần so với tiết diện hấp thụ neutron nhanh (~1 barn), và tiết diện phân hạch tăng theo hàm mũ khi năng lượng (vận tốc) của neutron giảm xuống. Vì thế trong các lò phản ứng NMĐNT các chất điều tiết (moderator) được dùng để giảm vận tốc neutrons, chuyển các neutrons nhanh thành neutrons nhiệt (thermal neutron, có năng lượng ~ 0.025 eV, tức chuyển động với vận tốc ~ 2 km/giây, khoảng 6 lần vận tốc âm thanh). Neutrons nhiệt tạo ra phản ứng phân hạch dây chuyền khi bị uranium 235 hấp thụ. Khoảng 75% số NMĐNT trên thế giới, trong đó có các lò tại NMĐNT Fukushima, dùng nước làm chất điều tiết; 20% dùng chì than (graphite), ví dụ như lò RBMK (Реактор Большой Мощности Канальный) đã bị nổ tại Chernobyl năm 1986; và khoảng 5% còn lại dùng nước nặng để giảm vận tốc neutrons.
[3] Đối với những lò đã chạy liên tục hơn 100 giờ, ngay sau khi lò được tắt, nhiệt dư chiếm khoảng 7 % toàn bộ nhiệt năng trong lò, 10 giây sau: giảm xuống còn khoảng 4 – 5 %, 1 phút sau: còn khoảng 3 – 4 %, 1 giờ sau: còn khoảng 1.5%, 1 tuần sau: chỉ còn khoảng 0.2% (Xem đồ thị, và một số kết quả tính toán).
[4] Ngày 30/3/2011 Cty Điện lực Tokyo (TEPCO) đã tuyên bố sẽ tháo bỏ vĩnh viễn các lò 1 – 4 của Fukushima 1.
Tác giả[sửa]
- Nguyễn Đình Đăng, Tiến Sĩ đang làm tại viện RIKEN, Viện nghiên cứu Lý-Hóa của Nhật Bản
