Công nghệ lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) - Nhìn từ sự kiện TerraPower của Hoa Kỳ

Có thể thấy, sự kiện TerraPower được cấp phép xây dựng, ngay lập tức trở thành tâm điểm của cộng đồng hạt nhân Hoa Kỳ, cũng như toàn cầu, không chỉ vì người đứng sau TerraPower là tỷ phú Bil Gates, mà là tầm quan trọng theo nhiều nghĩa của nó đối với tương lai nền công nghệ hạt nhân Hoa Kỳ. Theo nhận định của Hội Hạt nhân Hoa Kỳ (ANS): Sự kiện này đã tạo ra một cột mốc quan trọng trên cả ba phương diện:

Thứ nhất: Đối với TerraPower, nó thể hiện độ tin cậy của công nghệ đã được một cơ quan pháp quy hạt nhân khắt khe hàng đầu thế giới đánh giá, qua đó thúc đẩy SMR tiến thêm một bước lớn trên con đường chứng minh tính khả dụng và an toàn của một công nghệ đang được nhiều người kỳ vọng là có thể làm thay đổi cục diện ngành hạt nhân nói riêng, cũng như ngành năng lượng nói chung.

Thứ hai: Đối với Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), phản ánh sự đúng đắn, hiệu quả của một chính sách khuyến khích, kết nối đồng tài trợ giữa chính phủ và ngành công nghiệp hạt nhân Hoa Kỳ nhằm thúc đẩy các công nghệ hạt nhân mới - Chương trình Trình diễn Lò phản ứng Tiên tiến (The Advanced Reactor Demonstration Program - ARDP) do DOE khởi xướng.

Thứ ba: Đối với NRC, đây là giấy phép đầu tiên được cấp cho một lò phản ứng thương mại trong một quy trình phê duyệt mới được rút gọn nhằm rút ngắn thời gian xem xét cấp phép - và là sự chấp thuận đầu tiên cho một lò phản ứng thương mại không sử dụng nước nhẹ làm mát trong hơn 40 năm (công nghệ của NuScale Power được NRC cấp phép vào năm 2022, sử dụng nước nhẹ làm mát).

Phát triển công nghệ SMR, một cái nhìn toàn cảnh (kỳ 1):

Được quan tâm nhiều trong hơn hai thập kỷ trở lại đây, SMR hứa hẹn sẽ đem lại một giải pháp năng lượng sạch với tính linh hoạt, chi phí hợp lý và an toàn hơn so với lò phản ứng công suất lớn truyền thống. Mặc dù vẫn còn gây tranh cãi về việc liệu SMR có hoàn toàn hội tụ nhiều ưu điểm hay không? Nhưng trên khắp thế giới, hơn 80 dự án SMR ở các giai đoạn khác nhau được thiết kế và xây dựng, bên cạnh hai nhà máy, hoặc đang trong quá trình xây dựng, hoặc trong quá trình test thử nghiệm hệ thống sau xây dựng.

Các dự án SMRs này bao gồm rất nhiều kiểu công nghệ khác nhau, phần nhiều trong số đó được tiến hóa từ những thiết kế đã có, đặc biệt là dựa trên công nghệ làm mát bằng nước nhẹ đã được chứng thực ở lò công suất lớn truyền thống. Đây là một trong số bốn lựa chọn công nghệ chính đang được nghiên cứu và phát triển, cùng với lò neutron nhanh, lò nhiệt độ cao điều hòa bằng than chì, lò muối nóng chảy.

Do đó, nhiều chuyên gia cho rằng: SMRs có thể được phân vào hai nhánh chính là các công nghệ SMR dựa trên lò phản ứng làm mát bằng nước nhẹ (LWR SMRs) và các công nghệ SMR dựa trên không làm mát bằng nước nhẹ (non - LWR SMRs), trong đó, trải rộng trên một phạm vi lớn chất làm mát từ kim loại lỏng (ví dụ như Natri), khí (ví dụ helium) đến các hợp chất muối nóng chảy (ví dụ Flibe).

Non-LWR-type SMRs thường áp dụng các công nghệ thế hệ IV và do đó, đặt mục tiêu đạt hiệu quả kinh tế cao hơn so với các LWR-type SMRs dựa trên công nghệ thế hệ III/III+. Và do non-LWR SMRs được thiết kế để đạt tới mức nhiệt độ cao hơn LWR- type SMRs với nhiệt độ ở lõi dao động từ 500 đến 900 ºC. Hơn nữa, các lò phản ứng sử dụng muối nóng chảy, hoặc kim loại lỏng vận hành ở gần áp suất khí quyển nên có tiềm năng loại bỏ các kịch bản tai nạn áp suất cao trong phần lớn các tai nạn xảy ra do thiết kế.

Trong quá trình phát triển, công nghệ đầu tiên có sự rủi ro thấp hơn do công nghệ nước nhẹ đã trưởng thành, còn nhóm công nghệ thứ hai tham vọng hơn, giúp lò phản ứng an toàn hơn, có thời gian vận hành dài hơn mới cần thay đảo nhiên liệu, nhưng lại chứa đựng nhiều rủi ro công nghệ trong phát triển do hành xử của kim loại, hay muối nóng chảy vẫn còn chưa được hiểu biết đầy đủ.

Tuy nhiên có thể nói rằng, việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ SMRs (dù LWR SMRs, hay non- LWR SMRs), đều thể hiện sức mạnh khoa học - công nghệ và năng lực công nghiệp của từng quốc gia. Nhìn vào bản đồ các dự án phát triển SMRs trên thế giới, có thể thấy hầu hết các dự án SMRs đình đám đều tập trung vào những quốc gia đã từng phát triển công nghệ hạt nhân như Hoa Kỳ, Nga, Anh... hoặc nhập khẩu công nghệ, học hỏi và nội địa hóa công nghệ như Trung Quốc, Hàn Quốc.

Mặt khác, so với thời kỳ phát triển công nghệ lò phản ứng công suất lớn truyền thống, ở thời kỳ phát triển SMRs, người ta chứng kiến những xu hướng mới - đó là sự tham gia nhiều hơn của các công ty tư nhân vào quá trình thiết kế, thử nghiệm, đặc biệt là các công ty startup giàu tham vọng, và sự xuất hiện của các dự án SMRs xuyên quốc gia. Thực tế này cũng góp phần thúc đẩy việc tạo ra những quy định mới trong quản lý, đánh giá và cấp phép công nghệ mới.

1. Hoa Kỳ:

Lịch sử công nghệ hạt nhân thế giới ghi nhận một cột mốc: Ngày 2/12/1942, một nhóm các nhà vật lý do “giáo hoàng vật lý” Enrico Fermi - người đoạt giải Nobel 1938, dẫn dắt đã thực hiện chuỗi phản ứng dây chuyền neutron đầu tiên trên lò phản ứng điều hòa bằng chì mang tên CP-1 tại trường ĐH Chicago. Phản ứng chuỗi này dựa trên sự phân hạch hạt nhân của uranium-235, một hiện tượng vật lý được phát hiện ở Đức bốn năm trước. Một công nghệ mới đột sinh, tạo ra những khối lượng nhiệt cực lớn.

Từ điểm khởi đầu mang tính thử nghiệm đó, Hoa Kỳ đã xây dựng cả một nền công nghệ hạt nhân mà lò phản ứng nước áp lực dân sự đầu tiên là Shippingport được lắp đặt vào năm 1957 với công suất điện 60 MWe.

Nền tảng này đã trở thành điểm tựa know-how cho Hoa Kỳ phát triển các công nghệ hạt nhân mới mà ngày nay, một trong số đó là SMRs. Do đó, trong số các quốc gia phát triển công nghệ SMRs, Hoa Kỳ sở hữu nhiều dự án đáng chú ý nhất, cả công nghệ LWR SMRs lẫn non- LWR SMRs. Ở hướng công nghệ thứ nhất là NuScale Power Module, SMR-160/300, BWRX-300 (liên danh với Nhật Bản). Ở hướng công nghệ thứ hai là Natrium™, MCFR, ARC-100, Aurora, Xe-100, USNC-MMR và KP-FHR.

Dự án NuScale Power Module của công ty NuScale Power Corporation với công nghệ NuScale Power Module 50 Mwe. Công nghệ của NuScale có ba điểm đáng chú ý:

Thứ nhất: NuScale thiết kế nhiều module trong một nhà máy khi chứng tỏ có thể đặt 12 module vào trong một nhà máy, mỗi module có thể tạo ra khoảng 50 MW với một tua bin hơi độc lập và tất cả các module đều nằm dưới nước để tăng cường khả năng làm mát một cách thụ động, qua đó có thể cải thiện độ an toàn.

Thứ hai: Cả 12 module có thể được kiểm soát với một số lượng nhân lực tối thiểu. Bởi nếu coi mỗi module là một nhà máy điện hạt nhân độc lập, thì mỗi module cần một nhóm kỹ sư riêng để điều khiển. Tuy nhiên, NuScale đã chứng tỏ là tất cả 12 module có thể được coi là một nhà máy thống nhất, nên số lượng người vận hành được tối thiểu hóa.

Thứ ba: Việc áp dụng hệ thống vận hành tự nhiên toàn công suất cho phép loại bỏ các thành phần bơm chủ động khỏi module và làm đơn giản hóa cấu hình của hệ thống.

Với cả ba đổi mới này, thiết kế NuScale đã được NRC phê chuẩn; đồng thời được NRC cho phép thu hẹp khoảng cách của vùng đệm ứng phó tình trạng khẩn cấp tới vài trăm mét so với các lò phản ứng công suất lớn.

Hiện tại, công suất của một module có thể tăng tới 77 MWe, có thể làm giảm giá thành điện năng.

Công nghệ của NuScale được NRC phê duyệt thiết kế đầu tiên vào năm 2020. Các dự án đang được xây dựng và hợp tác kỹ thuật được tiến hành giữa NuScale với Canada và một số quốc gia châu Âu. Vào năm 2020, DOE đã thông qua ngân sách hỗ trợ xây dựng, với mục tiêu vận hành module đầu tiên của NuScale tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho (INL) vào năm 2029. Các hoạt động sơ bộ cho việc nộp hồ sơ Đánh giá thiết kế tiêu chuẩn (SDA) module 50 MWe với NRC, tiến trình pha 1 - Đánh giá thiết kế nhà cung cấp (VDR) với Cơ quan An toàn hạt nhân Canada đã kết thúc.

Không đi theo hướng LWR SMRs như của NuScale, TerraPower chọn hướng đi táo bạo hơn là đặt cược vào công nghệ non-LWR SMRs. Họ phát triển hai loại công nghệ - một là lò phản ứng nhanh làm mát bằng muối (SFR) và hai là lò phản ứng làm mát bằng khí nhiệt độ cao (HTGR).

Dự án thứ nhất Natrium™ mà NRC mới cấp phép là kết quả hợp tác phát triển với công ty toàn cầu GE Hitachi Nuclear Energy (GEH). Lò phản ứng Natrium™ là một lò phản ứng làm mát bằng muối kết hợp với hệ thống lưu trữ năng lượng muối nóng chảy, có thể gia tăng công suất từ mức tải nền 345 MWe lên 500 MWe trong hơn 5,5 giờ. Khả năng lưu trữ năng lượng của nó đạt 850 MWh (trên trang web của mình, TerraPower tuyên bố khả năng lưu trữ tới gigawatt). Điều này giúp cho nhà máy là nơi hỗ trợ hoàn hảo cho lưới điện có tỷ lệ năng lượng tái tạo cao - nơi người ta vẫn lo ngại về sự thiếu ổn định của điện năng.

Dự án này được coi là một bước đột phá về công nghệ khi có một thiết kế đơn giản, nhưng đầy sáng tạo. Đó là việc thiết kế đơn giản, tinh gọn nhằm tạo điều kiện xây dựng dễ dàng hơn, nhanh hơn và rẻ hơn so với các thiết kế khác. Sự đổi mới sáng tạo trong thiết kế Natrium™ là giảm được số lượng các thiết bị, vật liệu, linh kiện an toàn cấp hạt nhân (nuclear-grade) khiến chi phí cũng giảm đáng kể. Với việc tăng cường các tiêu chuẩn an toàn dựa trên quy luật tự nhiên và thiết kế tiên tiến, hệ thống vận hành ở áp suất thấp gần áp suất khí quyển và sử dụng muối làm mát của Natrium cho phép lò phản ứng có vùng lập kế hoạch khẩn cấp (EPZ) nhỏ hơn so với các lò công suất lớn truyền thống và qua đó, góp phần làm gia tăng các địa điểm xây dựng phù hợp.

Natrium™ còn được phát triển để đáp ứng nhiều nhu cầu của chủ sở hữu lẫn người tiêu dùng, khi được thiết kế để có thể tích hợp linh hoạt với năng lượng tái tạo và có chi phí cạnh tranh so với các hình thức năng lượng sạch khi vòng đời của lò phản ứng lên tới 80 năm - cho phép tiến thêm một bước trên con đường tạo ra nguồn điện năng bền vững và dài hạn.

Với những ưu điểm này mà vào năm 2020, dự án nhận được tài trợ của chương trình ARDP (DOE), với mức tài trợ ban đầu cho xây dựng lò phản ứng trình diễn Natrium™. Năm 2021, TerraPower thông báo kế hoạch tiếp tục dự án tại địa điểm gần nhà máy điện than Wyoming.

Vào tháng 10/2025, TerraPower đã nộp hồ sơ Đánh giá thiết kế chung (Generic Design Assessment - GDA) lên Cơ quan pháp quy Anh (Office for Nuclear Regulation- ONR) nhằm đánh giá thiết kế, đặc biệt là các khía cạnh về an toàn, an ninh và môi trường một cách riêng biệt so với các hồ sơ xin cấp phép xây dựng lò phản ứng ở các địa điểm cụ thể. Với chiến lược này, TerraPower đang hướng công nghệ của mình tới các thị trường ngoài Hoa Kỳ.

Dự án thứ hai của TerraPower là lò nhanh làm mát bằng muối Chloride nóng chảy (MCFR), sử dụng muối chloride nóng chảy cho cả chất làm mát và nhiên liệu, tận dụng nguồn neutron nhanh. Lò MCFR vận hành ở các mức nhiệt độ cao hơn lò truyền thống, sản sinh điện năng hiệu quả hơn nhiều và có tiềm năng xử lý nhiệt, lưu trữ nhiệt.

Năm 2015, TerraPower và Southern Company nhận được tài trợ của DOE để xây dựng cơ sở hạ tầng tích hợp cho phát triển ban đầu công nghệ MCFR. Năm 2016, Southern Company và TerraPower khởi động dự án thông qua chương trình Các khái niệm lò tiên tiến (ARC-15) của DOE để xây dựng cơ sở kiểm tra hiệu quả tích hợp (IET) dành cho MCFR... Họ cũng phát triển và vận hành thực nghiệm lò phản ứng muối chloride nóng chảy (MCRE) tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho để thu thập dữ liệu thực nghiệm và vận hành cho các lò phản ứng dưới 200 kW. Cả IET và MCRE sẽ cung cấp dữ liệu cho thiết kế, cấp phép và vận hành lò phản ứng MCFR 180 MW vào đầu những năm 2030. MCRE công suất 500 kW đã được lên kế hoạch thiết kế, xây dựng và vận hành trong vòng 5 năm. Dữ liệu vận hành của MCRE sẽ hỗ trợ cho những lò phản ứng MCFR thử nghiệm của TerraPower trong tương lai.

2. Liên bang Nga:

Lịch sử công nghệ hạt nhân Nga nói riêng và thế giới nói chung ghi nhận Obninsk là nhà máy điện hạt nhân nối lưới điện đầu tiên trên thế giới (tháng 6/1954). Với tên gọi ban đầu APS-1 Obninsk (Atomic Power Station 1 Obninsk), nhà máy được xây dựng tại Phòng thí nghiệm số 5, sau là Viện vật lý và kỹ thuật điện. Đó cũng là kết quả của chuỗi đấu tranh của Tổng công trình sư Blokhintsev và cộng sự nhằm trả lời câu hỏi cơ bản: Liệu có thể khai thác dòng điện từ việc chuyển đổi năng lượng hạt nhân không? Vào đầu những năm 1950, nỗi nghi ngờ về khả năng này xuất hiện khắp nơi nơi cũng khiến các chuyên gia phải thận trọng.

Thành công ở Obninsk đã đặt những viên gạch đầu tiên cho sức mạnh của nền công nghiệp hạt nhân Nga, trở thành một trong những quốc gia phát triển và xuất khẩu công nghệ hạt nhân ra nước ngoài.

Song song với quá trình phát triển các công nghệ lò phản ứng công suất lớn, Nga cũng đầu tư vào SMRs, đáng chú ý là hai dự án KLT-40S theo công nghệ LWR SMRs và BREST-OD-300 theo công nghệ non - LWR SMRs.

KLT-40S là một dự án phát triển công nghệ SMR lò nước áp lực dạng khối mà Nga đã áp dụng cho nhà máy điện hạt nhân nổi đầu tiên - Akademik Lomonosov, do OKBM Afrikantov phát triển và chế tạo tại Nhà máy chế tạo máy Nizhniy Novgorod (NMZ).

Lò phản ứng của KLT-40S sử dụng nhiên liệu uranium làm giàu thấp (LEU) với tỷ lệ làm giàu 14,1%, và chu trình nhiên liệu 3 năm. Tuy nhiên, cũng có tài liệu cho rằng: Các viên nhiên liệu uranium dioxide (UO2) có độ làm giàu 18,6%. Lõi lò chứa bó nhiên liệu gồm 121 viên, vận hành trên chu trình nhiên liệu từ 30 đến 36 tháng. Tuổi đời của công nghệ vào khoảng 40 năm.

Lò phản ứng có thiết kế dạng module với lõi, thiết bị sinh hơi (SGs), và các máy bơm tuần hoàn chính kết nối với những vòi phun ngắn. Lò phản ứng có một hệ thống bốn vòng tuần hoàn cưỡng bức và tự nhiên, một mạch sơ cấp chịu áp suất với những máy bơm động cơ kín và các van kiểu màng bellow kín ngăn rò rỉ chất làm mát sơ cấp, một bộ tạo hơi xoắn một chiều và các hệ thống an toàn thụ động.

Những kết nối thủy nhiệt của KLT-40S bao gồm một máy điều áp ngoài, các thiết bị tích tụ và máy trao đổi nhiệt riêng. Lõi lò phản ứng được làm mát bằng nước chảy từ đáy lõi lò lên tới đỉnh (tương tự như các mẫu hình dòng chảy trong lõi lò áp lực thông thường). Tuy nhiên, các mẫu hình chảy trong lớp lõi và thành của thùng lò áp lực lại khác biệt một cách đáng kể với các cấu hình lò áp lực công suất lớn với vòng sơ cấp bên ngoài.

Rosatom tuyên bố rằng: Công nghệ KLT-40S khác biệt với thiết kế lò phản ứng RBMK ở Chernobyl và được thiết kế để có thể dừng hoạt động tự động mà không cần ngoại lực, hoặc can thiệp của con người trong trường hợp khẩn cấp. Thiết kế này tích hợp với những an toàn tiên tiến bậc nhất như trong tài liệu INSAG-3 của IAEA và các lò phản ứng năng lượng của Nga không hề xảy ra sai sót nào có thể dẫn đến phát thải phóng xạ trong vòng hơn 35 năm qua.

Bên cạnh đó, Akademik Lomonosov có thể hoạt động như một nhà máy đồng phát, sử dụng nhiệt dư và có thể lọc nước biển thành nước ngọt với năng lực lên tới 240.000 m3/ngày.

Hiện Akademik Lomonosov đã nối lưới điện ở vùng viễn đông của Pevek trong năm 2019 và trở thành lò SMR đầu tiên vận hành trên thế giới.

Dự án công nghệ SMRs thứ hai của Nga là BREST-OD-300, lò phản ứng làm mát bằng chì (LFR). Hiện công việc xây dựng đang được tiến hành và khi hoàn thiện, đây sẽ là nhà máy điện có lò nhanh làm mát bằng chì đầu tiên trên thế giới sử dụng nhiên liệu hỗn hợp nitride uranium-plutonium.

Nhà máy điện hạt nhân BREST là một phần quan trọng của dự án Đột phá của Nga nhằm phát triển các công nghệ chu trình kín nhiên liệu hạt nhân. Khu phức hợp năng lượng trình diễn thử nghiệm (PDEC) thuộc dự án Đột phá đã trình diễn một chu trình nhiên liệu hạt nhân kín thông qua kết nối ba cơ sở chính: Một nhà máy sản xuất nhiên liệu, lò phản ứng và cơ sở tái chế nhiên liệu.

Việc phát triển các vật liệu mới có khả năng chịu nhiệt tới hơn 500°C cho phép thiết kế lò phản ứng BREST có thể vận hành 30 năm trong mức nhiệt 535°C. Được biết, BREST đã được cấp phép xây dựng từ Cơ quan Pháp quy hạt nhân Nga và đã bắt đầu xây dựng.

3. Trung Quốc:

Không giống như Hoa Kỳ, hay Nga, Trung Quốc không phải là quốc gia thuộc nhóm tự phát triển công nghệ. Con đường đến với công nghệ hạt nhân của quốc gia giàu tham vọng này là nhập khẩu công nghệ, học hỏi công nghệ thông qua tiếp nhận công nghệ, từng bước nội địa hóa công nghệ để tạo đà xây dựng công nghệ mới.

Ngành công nghiệp hạt nhân của Trung Quốc bắt đầu với việc thành lập Viện Nghiên cứu và Thiết kế Kỹ thuật Hạt nhân Thượng Hải vào năm 1970. Cho đến đầu những năm 1980, thiết kế nguyên mẫu đầu tiên của lò phản ứng nước áp lực 300 MW đã hoàn thành với sự hỗ trợ kỹ thuật của Mitsubishi (Nhật Bản) - bình áp suất, còn KSB (Đức) - máy bơm PER700 và Westinghouse (Hoa Kỳ) - tua bin). Còn lại hầu hết các thiết bị khác đều được thiết kế và sản xuất nội địa.

Vào tháng 3/1985, dự án Qinshan được khởi công ở Chiết Giang và vào tháng 12/1991, nhà máy chính thức nối lưới điện.

Kể từ đó, Trung Quốc đã nội địa hóa và làm chủ nhiều công nghệ. Đây là cơ sở để Trung Quốc lên kế hoạch phát triển SMR (cả theo hướng LWR-SMRs và non- LWR-SMRs).

Ở hướng thứ nhất là ACP100, dự án được Tập đoàn Hạt nhân Quốc gia Trung Quốc (CNNC) khởi động vào năm 2010 và vào năm 2016, trở thành SMR đầu tiên trên thế giới vượt qua được tiêu chuẩn Đánh giá An toàn Lò phản ứng chung của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA). Năm 2021, Ủy ban Phát triển và Cải cách Quốc gia Trung Quốc (NDRC) đã phê duyệt kế hoạch xây dựng lò phản ứng ACP100 mang tên Linglong One, trở thành lò phản ứng SMR nước áp lực trên đất liền thương mại hóa đầu tiên trên thế giới. Công việc xây dựng đã bắt đầu vào năm 2021 tại Trường Giang, Hải Nam; lắp đặt phần đáy của vỏ chứa, cao 15 m và nặng 450 tấn, đã hoàn thành vào năm 2022; kiểm tra chức năng làm mát của vòng sơ cấp vào tháng 10/2025...

Theo mô tả của CNNC: Linglong One do CNNC độc lập phát triển và có đăng ký sở hữu trí tuệ. Module lõi của lò phản ứng Linglong One bao gồm hai thành phần chính: Thùng lò áp lực và bộ sinh hơi. Chúng được thiết kế độc lập bởi Viện nghiên cứu hạt nhân Trung Quốc (thuộc CNNC) và do First Heavy Industries Trung Quốc (CFHI) - một doanh nghiệp nhà nước được thành lập vào năm 1954 sản xuất.

Tuy nhiên, CNNC không tiết lộ những thông tin cụ thể về công nghệ của Linglong One, mà chỉ cho biết sơ bộ là “thiết kế, xây dựng Linglong One mang tính đột phá và cách mạng”, trong đó xây dựng theo kiểu module là đặc điểm nổi bật nhất. Thông qua thiết kế, chế tạo tiêu chuẩn hóa một module và sản xuất số lượng lớn, quá trình xây dựng được rút ngắn, giảm thiểu chi phí trong khi vẫn cải thiện tính an toàn.

Cũng theo CNNC: Ngoài mục tiêu phát điện, Linglong One còn có thể được sử dụng để cung cấp nhiệt sưởi ấm, khử muối nước biển và cung cấp hơi nước cho các quá trình công nghiệp. Mỗi tổ máy Linglong One có công suất phát điện 125.000 kilowatt và có thể tạo ra tới một tỷ kilowatt giờ điện mỗi năm, đủ để đáp ứng nhu cầu của hơn một triệu người.

Ở hướng non-LWR SMRs, Trung Quốc còn có dự án phát triển lò phản ứng làm mát bằng khí nhiệt độ cao (HTGR) mang tên HTR-PM.

Lò phản ứng HTR-PM được bắt đầu xây dựng vào năm 2012 tại Thạch Đảo Loan, Sơn Đông, được thiết kế với hai lò phản ứng kết nối với một tua bin, công suất 210 MWe. Việc xây dựng do một consortium đảm trách, bao gồm Huaneng, Tập đoàn Kỹ thuật hạt nhân Trung Quốc (CNEC) - một công ty con của CNNC, Đại học Thanh Hoa, và Chinergy, trong đó Huaneng dẫn đầu consortium. Năm 2021, Cơ quan An toàn Hạt nhân Trung Quốc (NNSA) cấp phép vận hành HTR-PM. Nhà máy bắt đầu vận hành thương mại vào ngày 20/12/2023.

Nhà máy HTR-PM có hai lò phản ứng công suất 210 Mwe, mỗi lò được tải hơn 400.000 viên nhiên liệu hình cầu, mỗi viên có đường kính 60 millimet, kích thước tương đương một quả bóng tennis. Mỗi viên nhiên liệu chứa 7 gram uranium được làm giàu 8,5%.

Mỗi module HTR-PM bao gồm một thùng lò áp lực, các vật liệu than chì, carbon, và các cấu kiện lò phản ứng bằng kim loại; một thiết bị sinh hơi; một máy thổi heli chính; một ống dẫn khí nóng. Hệ làm mát sơ cấp chứa helium hoạt động tại mức áp suất 7.0 MPa. Chất làm mát heli đi vào đáy lò phản ứng với nhiệt độ đầu vào 25°C, sau đó chảy qua các kênh phản xạ bên đến phần phản xạ phía trên rồi đảo chiều dòng chảy xuống các viên nhiên liệu ở đáy.

Các dòng phụ được đưa vào các ống xả nhiên liệu để làm mát các viên nhiên liệu và các kênh thanh điều khiển để làm mát thanh điều khiển. Heli được gia nhiệt trong lõi lò đang vận hành, sau đó trộn cùng nhiệt độ đầu ra có mức nhiệt trung bình 750°C và chảy tới bộ tạo hơi. Áp suất vận hành thông thường của bộ sinh hơi thứ cấp là 13,25 MPa và nhiệt độ là 567°C tại cửa tua bin hơi.

Một nét độc đáo của HTR-PM là sử dụng một hệ thống nạp và loại nhiên liệu liên tục. Nhiên liệu được đưa vào lõi lò từ ống nạp nhiên liệu trung tâm và loại nó thông qua một ống tách nhiên liệu ở đáy lõi lò.

4. Hàn Quốc:

Tương tự Trung Quốc, Hàn Quốc là quốc gia nhập khẩu, học hỏi và làm chủ công nghệ hạt nhân thành công.

Hàn Quốc bắt đầu nghiên cứu hạt nhân từ cuối thập niên 1950 trong bối cảnh chương trình “Atoms for Peace” (Nguyên tử vì hòa bình). Sự khan hiếm tài nguyên nhiên liệu hóa thạch, sau được thúc đẩy bởi cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 1970, khiến Chính phủ Hàn Quốc coi năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng quan trọng. Gần ba thập niên sau, Hàn Quốc đã có từng bước phát triển vững chắc để đến cột mốc nhà máy điện hạt nhân đầu tiên được đưa vào vận hành và nối lưới điện. Sau thành công mở màn này, Hàn Quốc trở thành một quốc gia tự lực trong thiết kế và chế tạo công nghệ hạt nhân.

Hàn Quốc có ba dự án non-LWR SMRs, bao gồm SMART, i-SMR, BANDI-60, trong đó SMART là công nghệ SMR dạng lò nước áp lực tích hợp đầu tiên trên thế giới được phê duyệt thiết kế tiêu chuẩn (năm 2012). Cả ba dự án này, hoặc có sự tham gia của nước ngoài, hoặc đều có sự tham gia của các công ty tư nhân.

Năm 2018, thiết kế SMART cho pha tiền xây dựng (PPE) của một lò phản ứng thử nghiệm (pilot) ở Saudi Arabia đã hoàn thành, bao gồm việc soạn thảo một báo cáo phân tích an toàn sơ bộ. Năm 2019, liên minh Hàn Quốc - Saudi Arabia đã nộp hồ sơ xin phê duyệt thiết kế tiêu chuẩn cho xây dựng một cơ sở SMART thử nghiệm ở Saudi Arabia và xuất khẩu sang các nước thứ ba trên cơ sở kết quả của dự án PPE.

Do Viện nghiên cứu Năng lượng Hạt nhân Hàn Quốc (KAERI) thiết kế, dạng lò phản ứng áp lực tích hợp này có đặc điểm là loại bỏ đường ống kết nối với những thành phần hạt nhân nên hệ thống gọn hơn, tránh được sự cố về mất chất làm mát lớn (LBLOCA). Nhờ vậy mà cải thiện hơn tính an toàn. Thiết kế cũng còn được tích hợp với các hệ thống an toàn thụ động hơn thiết kế trước và nhờ vậy mang tên SMART100. Do thiết kế an toàn thay đổi, chứng nhận thiết kế tiêu chuẩn SMART100 được nộp xin cấp phép mới và vào tháng 9/2024 đã nhận được chứng nhận đánh giá thiết kế tiêu chuẩn của Cơ quan An toàn và Bức xạ Hạt nhân Hàn Quốc.

Dự án thứ hai của Hàn Quốc là i-SMR (innovation SMR) - sáng kiến của một liên danh ngành công nghiệp hạt nhân Hàn, với chiến lược thương mại hóa là có được cấp phép thiết kế tiêu chuẩn vào năm 2028, khởi động lò phản ứng đầu tiên vào năm 2030, và vận hành lò phản ứng thương mại hóa đầu tiên vào năm 2034. Từ năm 2021 đến năm 2023, Công ty Thủy điện và hạt nhân Hàn Quốc dẫn đầu liên minh này, bao gồm các viện nghiên cứu hạt nhân và các công ty tư nhân lớn cho thiết kế khái niệm và thiết kế cơ bản i-SMR. Hướng tới mục tiêu giảm tần suất hư hỏng lõi (CDF) xuống 1000 lần so với lò công suất lớn truyền thống, lõi của i-SMR được thiết kế không chứa boron để loại bỏ hệ thống kiểm soát hóa chất và thể tích (CVCS), chất thải lỏng, và áp dụng cơ chế truyền động thanh điều khiển trong thùng lò (CRDM) nhằm loại bỏ khả năng xảy ra sự cố thanh điều khiển.

Dự án thứ ba BANDI-60 do KEPCO E&C phát triển, là một công nghệ SMR lò nước áp lực dạng khối kết nối lò phản ứng trực tiếp với máy tạo hơi nước mà không cần đến đường ống lớn. Tương tự i-SMR, BANDI-60 có lõi phi boron, cơ chế truyền động thanh điều khiển tích hợp (built-in control rod drive mechanism), và một thiết kế kiểu module.

Cả hai công nghệ này đều hướng đến việc cung cấp điện cho vùng sâu, vùng xa, vùng đảo, kết hợp khử mặn, cung cấp nhiệt và sản xuất nước ngọt.

Có thể thấy, so với những lò SMR theo công nghệ LWR SMRs đã được cấp phép, hoặc xây dựng, vận hành, thì Natrium™ của TerraPower thuộc nhánh công nghệ phức tạp hơn và dĩ nhiên là giàu tham vọng hơn. Việc phát triển một công nghệ mới bao hàm rất nhiều rủi ro kỹ thuật, vì vậy Natrium™ buộc phải đến chậm hơn một chút so với những người anh em LWR SMRs.

Vậy công nghệ nào sẽ chiếm ưu thế ở phân khúc SMRs trong tương lai? LWR SMRs, hay non- LWR SMRs? Lịch sử hạt nhân gợi ý rằng: Đơn giản còn quá sớm để có câu trả lời, thậm chí cả dự đoán. Điều mà chúng ta có thể làm lúc này là dõi theo sự tiến hóa của công nghệ và nhận lấy được câu trả lời vào thời điểm thích hợp.

Đón đọc kỳ tới...

THANH NHÀN

Tài liệu tham khảo:

1. Small Modular Reactors. World nuclear Association (update 24/11/2025)

2. “Review of Small Modular Reactors: Challenges in Safety and Economy to Success”. Korean Journal of Chemical Engineering. 2024

3. “Overview of Small Modular and Advanced Nuclear Reactors and Their Role in the Energy Transition”. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2025

4. “A Closer Look at Two Operational Small Modular Reactor Designs”. POWER Magazine. 2024

https://www.powermag.com/a-closer-look-at-two-operational-small-modular-reactor-designs/”

5. A Brief History of the Chinese Nuclear Industry. https://istonline.org.uk/

6. The core module of the Linglong One reactor passes final acceptance

https://en.cnnc.com.cn/2023-07/21/c_1023341.htm#:~:text=Modular%20construction%20is%20its%20most,close%20to%20cities%20and%20users.

7. “Khủng hoảng hạt nhân Hàn Quốc năm 2012: Bài học kinh nghiệm” - Tia Sáng 2025