Rác thải hạt nhân đe dọa tương lai

Hàng triệu năm vẫn độc hại

Theo nghiên cứu của GreenPeace, tất cả công đoạn sản xuất điện nguyên tử đều thải chất phóng xạ độc hại, trong đó bao gồm uranium (95%) và plutonium (1%) có thể tái sử dụng, cùng 4% không thể tái sử dụng. Trung bình 1 tổ máy điện hạt nhân công suất 1.000MW hàng năm thải ra 30-50m³ chất thải phóng xạ và 30 tấn nhiên liệu đã cháy.

Ngay cả quá trình xử lý rác thải hạt nhân để tái sử dụng cũng gây ô nhiễm nặng. 
Chất thải chứa vật liệu phóng xạ rất nguy hiểm với tất cả sinh vật và môi trường. Nó thường chứa một lượng hạt nhân phóng xạ, tức các nguyên tố ở trạng thái không bền phân rã, phát ra bức xạ ion hóa, có thể gây nguy hiểm cho con người và môi trường.

Bức xạ của những đồng vị phóng xạ có dạng và mức độ khác nhau, cũng như tồn tại trong những thời gian khác nhau. Việc tiếp xúc với chất thải phóng xạ có thể di hại lâu dài, thậm chí tử vong.

Bức xạ ion hóa có thể xóa các đoạn mã trong nhiễm sắc thể. Một sinh vật đang phát triển như bào thai bị chiếu xạ có thể gây nên dị dạng bẩm sinh. 

Tất cả hạt nhân phóng xạ trong chất thải có chu kỳ bán rã rất dài để trở thành những nguyên tố không phóng xạ, tức hạt nhân bền vô hại. Một số nguyên tố phóng xạ (như plutoni-239) sẽ mất hàng trăm ngàn năm để hết nguy hiểm với sinh vật trên trái đất. Những chất khác cần hàng triệu năm. Vì thế, những chất thải phải được bảo vệ trong nhiều thiên niên kỷ cách ly khỏi môi trường tự nhiên. 

Theo quy luật của chu kỳ bán rã phóng xạ, tốc độ phân rã tỷ lệ nghịch với thời gian phân rã. Nói cách khác, chất thải phóng xạ càng có tuổi thọ dài bức xạ của nó càng thấp, tức ít nguy hiểm hơn. Tuy nhiên, thời gian "ngắn" của rác thải phóng xạ cũng đã lên tới hàng ngàn năm, nên hậu quả của ngành công nghiệp hạt nhân phải tính bằng cả ngàn thế hệ.

Chưa có biện pháp tối ưu

Về lý thuyết, để rác thải hạt nhân không gây tác động xấu đến môi trường và con người, người ta phải thúc đẩy quá trình phân rã hạt nhân để khiến chúng trở nên vô hại trong thời gian ngắn, hoặc cách ly chúng vĩnh viễn khỏi môi trường tự nhiên.

Tuy nhiên, việc chuyển đổi các chất phóng xạ tồn tại lâu dài trong tự nhiên thành chất phóng xạ dễ phân rã cho tới nay vẫn chỉ là "mơ ước" của các chuyên gia hạt nhân, do khả năng trở thành hiện thực rất xa vời và chi phí không hề nhỏ.

Cách xử lý thực tế và phổ biến hiện nay là lưu trữ. Lý tưởng nhất của phương pháp này là phải bảo đảm 2 yếu tố: cách ly và bền vững. Tức trong thời gian bán rã, chúng phải được cách ly hoàn toàn với môi trường xung quanh, và việc này phải bền vững qua thời gian hàng chục ngàn năm, thậm chí hàng triệu năm, cho đến khi rác thải phóng xạ trở nên hoàn toàn vô hại.

Để đạt được 2 yêu cầu này, kỹ sư kiêm nhà vật lý Hannes Alfvén đã xác định 2 điều kiện tiên quyết cơ bản, là hình thành địa chất ổn định và các tổ chức con người ổn định trong hàng trăm ngàn năm. Tuy nhiên, cả 2 điều kiện này đều không tồn tại trên thực tế. 

Sau nhiều thập niên nghiên cứu và tiêu tốn khoản tiền khổng lồ, việc xử lý rác thải phóng xạ vẫn chưa tìm được phương cách tối ưu. Phổ biến nhất hiện nay là tích trữ trong hầm chứa của các nhà máy. Song rác thải ngày càng nhiều, trong khi kho chứa không được mở rộng tương ứng khiến rủi ro ngày càng cao.

Thí dụ ở Pháp, trong vòng 40 năm, 58 lò phản ứng đã cho ra hơn 1 triệu m3 chất thải, con số này sẽ đạt 2 triệu vào năm 2020. Ngoài ra, 10.000 tấn nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng cũng được chứa tạm thời trong trung tâm xử lý rác thải hạt nhân Le Hague, cơ sở xử lý rác thải hạt nhân lớn nhất châu Âu. 

Đáng lo ngại, kho chứa của các nhà máy không có tính bền vững về địa chất hay thời gian, cũng như tổ chức con người. Một khi có thiên tai (động đất, bão lũ) nhân họa (khủng bố, chiến tranh), nguy cơ kho chứa của các nhà máy bị hư hỏng rất cao. Điều này đã được minh chứng qua thảm họa Fukushima ở Nhật Bản năm 2011, được xem là thảm họa hạt nhân lớn nhất kể từ thảm họa Chernobyl năm 1986.

Quy mô nhất vẫn là chôn lấp

Một phương cách lưu trữ rác thải hạt nhân quy mô hơn đang được chính phủ các nước nhắm đến là chôn lấp sâu trong lòng đất, hay còn gọi "kho chứa địa chất sâu".

Hiện nay, giới nghiên cứu tập trung vào 3 phương pháp chôn lấp: trong lòng lớp đá granit (Phần Lan, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc), trong môi trường trầm tích, nhất là đất sét (Bỉ, Thụy Sĩ) hoặc lưu trữ bằng muối, chẳng hạn trong các mỏ muối (Mỹ, Đức).

Đáng kể nhất là khu chôn rác thải hạt nhân Onkalo tại Phần Lan, nơi được mệnh danh là “nghĩa địa hạt nhân đầu tiên trên thế giới”. Onkalo xây dựng đầu năm 2017 ở độ sâu 450m dưới lòng đất. Với nền đá granit có niên đại gần 2 tỷ năm, trải qua vài thời kỳ băng hà, xung chấn gần như bằng 0, nên là khu vực địa chất ổn định, lý tưởng để chôn các thùng chứa rác thải hạt nhân. Onkalo có sức chứa 5.500 tấn rác thải hạt nhân, được thiết kế để tồn tại trong vòng ít nhất 100.000 năm - khoảng thời gian “đủ lâu” để các chất phóng xạ trở nên vô hại.

Tuy nhiên, dự án này vấp phải sự phản đối mạnh mẽ của cư dân lo ngại về sự thiếu an toàn các hầm chứa chất phóng xạ và độ bền thùng chứa rác thải hạt nhân. 

Tại Pháp, dự án xây dựng khu chôn lấp rác thải hạt nhân sâu 500m dưới lòng đất ở làng Bure dự kiến hoàn thành vào năm 2035, đã bị phản đối quyết liệt trong suốt nhiều năm khi người dân gọi đây là “thùng rác nguyên tử”.

Trước đó, nước Đức đã tiên phong trong các giải pháp xử lý rác thải hạt nhân, khi có kế hoạch dùng mỏ muối xưa ở Gorleben làm kho chứa. Bị người dân địa phương phản đối kịch liệt, chính phủ Đức đã quyết định dừng nghiên cứu kế hoạch này. 

Còn ở Anh, khu vực tiềm năng được thăm dò gần với trạm xử lý và tái chế hạt nhân Sellafield đã bị trì hoãn và hủy bỏ sau quá trình tham vấn khoa học và công chúng. 
Năm 2011, từng có tin Mỹ, Nhật Bản và Mông Cổ đã đàm phán để xây dựng các cơ sở xử lý chất thải hạt nhân ở Mông Cổ.

Các cuộc đàm phán được giữ bí mật, và dù tờ Mainichi Daily News đã đưa tin về chúng nhưng Mông Cổ đã phủ nhận sự tồn tại của các cuộc đàm phán này. Tuy nhiên, trước sự phản đối của người dân, ngày 13-9-2011, Tổng thống Mông Cổ Tsakhiagiin Elbegdorj đã ban hành lệnh cấm tất cả cuộc đàm phán với chính phủ nước ngoài hoặc các tổ chức quốc tế về kế hoạch lưu trữ chất thải hạt nhân ở Mông Cổ.

Loay hoay tìm giải pháp

Cho đến nay, giới khoa học vẫn không ngừng nghiên cứu và tìm tòi những giải pháp khác nhau cho bài toán phóng xạ hạt nhân. Trước hết, chất thải được làm lạnh trong các bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng sẽ được đóng kín trong các thùng khô bằng thép và bê tông.

Tiếp đó, có thể chôn rác hạt nhân trong các lớp băng dày hàng chục mét để “bảo quản vĩnh viễn”. Tuy nhiên, ý kiến này nhanh chóng bị bác bỏ do lo ngại hiện tượng biến đổi khí hậu và nóng sẽ làm tan chảy và xê dịch các khối băng.

Giải pháp khác là chôn lấp dưới đáy biển, do phần lớn đáy đại dương đều cấu tạo từ lớp đất sét dày, là nguyên liệu hoàn hảo để hấp thụ phóng xạ của các chất thải hạt nhân. Liên Xô trước đây được cho đã chôn lượng lớn chất thải phóng xạ dưới đáy biển Kara ở Bắc Băng Dương.

Tuy nhiên, nếu “mồ chôn” hạt nhân nổ tung dưới nước hay rò rỉ phóng xạ, hậu quả sẽ khôn lường. Ngoài ra, nguy cơ ô nhiễm đại dương là không thể tránh khỏi, tạo nên mối đe dọa tiêu diệt hệ sinh thái và làm biến đổi gen của sinh vật ở khu vực ảnh hưởng.

Ý tưởng được chú ý hơn là tái chế plutonium làm nhiên liệu. Hiện nay, Cơ quan Vũ trụ châu Âu đang thí điểm chương trình trị giá 1 triệu EUR sử dụng plutonium cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ trong các chuyến thám hiểm không gian.

Theo đó, pin hạt nhân có thể được chế tạo từ đồng vị americium-241 trong phân rã plutonium tại khu vực lưu trữ chất thải Sellafield của Anh, rồi xuất khẩu sang những quốc gia có nhu cầu. Tuy nhiên, phương pháp này vướng phải bài toán chi phí cũng như nguy cơ gây ô nhiễm nếu kỹ thuật tái chế không tốt, đồng thời khó có thể triển khai trong thời gian ngắn do chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu.