Khám phá hầm chứa chất thải hạt nhân an toàn nhất Phần Lan

Là một trong những quốc gia tiêu thụ điện hạt nhân, Phần Lan phải tính đến bài toán xử lý chất thải do nguồn năng lượng này để lại.

Hầm Onkalo, dự kiến hoạt động từ năm 2024, là niềm tự hào của người dân Phần Lan khi có thể lưu giữ chất thải hạt nhân an toàn trong 100 nghìn năm.

Những hầm chôn trong lòng đất

Sau khi đi qua cổng an ninh, chiếc xe tải chạy xuống một đường hầm nằm ngay dưới những khu rừng ở Olkiluoto, hòn đảo nằm ngoài khơi bờ biển phía Tây Phần Lan. Những bánh xe kêu răng rắc khi chạy trên lớp đá dăm tiến đến cánh cổng ghi dòng chữ “Chào mừng đến với Onkalo”.

Trong tiếng Phần Lan, Onkalo nghĩa là “hang” hoặc “hố đào”. Là nơi xử lý vĩnh viễn chất thải hạt nhân mức độ cao đầu tiên trên thế giới, hầm Onkalo được coi là một thắng lợi đối với người dân Phần Lan.

Những chiếc đèn chiếu sáng cho xe tải chạy qua một lối rẽ để dẫn đến một hang ngầm. Những vách tường được gia cố bằng bê tông phun. Trong vòng vài năm, những thanh nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng bọc trong thùng lớn bằng đồng và cao ngang hươu cao cổ sẽ được chuyển bằng thang máy vào hầm. Tiếp theo, các phương tiện tự lái sẽ đưa chúng tới một trong hàng chục đường hầm cụt giống như tổ kiến ở lớp đá nền.

Sau khi chôn 30 – 40 hòm đồng dưới 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 “ngủ yên” trong vòng 100 nghìn năm tiếp theo, ngay cả khi Trái đất ấm lên trong các thế kỷ tới mở ra kỷ băng hà tiếp theo.

Ông Antti Mustonen, nhà địa chất học làm việc trong dự án Onkalo, cho biết, 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.

Dù năng lượng hạt nhân đang giảm ở nhiều quốc gia, Phần Lan vẫn chấp nhận nguồn điện phi carbon và ra sức vận động Liên minh châu Âu (EU) coi nó là nguồn năng lượng bền vững.

Hai trong 4 lò phản ứng của nước này 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.

Ông Budhi Sagar, chuyên gia hạt nhân tại Viện Nghiên cứu Tây Nam, Phần Lan, nhận định năng lượng hạt nhân 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 thường mất tới vài thập kỷ ngâm trong các vũng nước đến khi nguội đi hoặc bọc thép và bê tông để lưu trữ khô. Tuy nhiên, dù bằng cách 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.

Nếu không có giải pháp lâu dài, chất thải hạt nhân ngày một chồng chất và trở thành gánh nặng nghiêm trọng. Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), Phần Lan có khoảng 2.300 tấn rác thải hạt nhân vào năm 2019 và khoảng 263 nghìn tấn nhiên liệu đã qua sử dụng nằm trong các cơ sở lưu trữ trên thế giới. Đó là những di sản “không thể chấp nhận được” để lại cho thế hệ tương lai và cần giải quyết sớm.

Posiva, công ty thực hiện dự án Onkalo, đã bắt đầu tìm kiếm địa điểm xây hầm chứa từ thập niên 1990. Từ hàng chục địa điểm tiềm năng, danh sách rút gọn còn lại 4 nơi với đặc điểm địa chất khác nhau. Sự lựa chọn cuối cùng là giữa Olkiluoto và khu vực xung quanh thị trấn Loviisa, nơi đặt các nhà máy hạt nhân của đất nước. Năm 1999, Posiva đề xuất lựa chọn địa điểm xây Onkalo.

Các nhà địa chất nhận định nền móng của Onkalo hầu như đã ổn định trong một tỷ năm qua, dù có bằng chứng về động đất trong 10 nghìn năm qua khi sông băng thu hẹp vào cuối kỷ băng hà gần nhất. Các nhà khoa học của Posiva dự đoán khu vực này sẽ không xảy ra trận động đất nguy hiểm nào cho tới sau kỷ băng hà tiếp theo.

Onkalo nằm giữa hai vùng đứt gãy song song, cách nhau khoảng 800m. 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.

Những hiểm họa từ bên trong

Bà Sarah Hirschorn, Giám đốc Khoa học địa chất tại Tổ chức quản lý chất thải hạt nhân Canada (NWMO), cho biết: Cách duy nhất để nhiên liệu hạt nhân di chuyển từ nơi lưu trữ ra mặt đất và ảnh hưởng tới con người là đi 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 liên kết và gần như không thấm nước. Tại Onkalo, lớp 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. Do đó, trước khi thi công, Posiva phải lập bản đồ để tránh những chỗ rủi ro cao khi công nhân đào sâu hơn.

Những vết nứt điều khiển chuyển động của nước nên nếu phát hiện bất kỳ vết nứt lớn nào khi khoan, hố đó sẽ không được sử dụng làm hầm chứa. Nếu nước ngấm vào hầm bằng cách nào đó, nó vẫn phải vượt qua bentonite và đồng để tới chỗ nguyên liệu hạt nhân đã qua sử dụng.

Về phía nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, sau khi tới Onkalo, chúng sẽ được xử lý trong một nhà máy đóng gói. Trong căn phòng bằng thép không gỉ được bao quanh bởi những bức tường bê tông dày 1,3 mét, robot sẽ hút sạch nước còn sót lại trên các thanh nhiên liệu khi chúng được lưu trữ trong bể chứa, và niêm phong chúng trong một hộp gang đặt bên trong thùng chứa bằng đồng. Khí argon sẽ được bơm vào giữa hai thùng để tạo thành môi trường khí trơ. Sau đó, thùng đồng sẽ được hàn lại.

Các nhà quản lý cho biết ngoài thùng đồng, bentonit bao quanh chúng cũng ngăn cản phóng xạ hạt nhân thoát ra bên ngoài. Khoáng chất này không chỉ giữ nước, mà còn ngăn vi khuẩn xâm nhập vào bề mặt ống đựng.

Vi sinh vật có thể trở thành mối đe dọa bởi chúng chuyển hóa sulfate trong nước ngầm và biến thành sulfide khiến đồng từ từ bị ăn mòn. Nhưng các tính toán của Posiva ước tính ngay cả ở mức độ sulfide cao, các thùng đồng vẫn có tuổi thọ hơn 100 nghìn năm.

Nếu tất cả lớp an ninh này thất bại, chất thải rò rỉ vẫn phải vượt qua rào cản cuối cùng. Nó sẽ mất nhiều thập kỷ để di chuyển lên mặt đất nhưng lúc này, nồng độ phóng xạ đã giảm. Ngay cả trong giả định về trường hợp xấu nhất, tác động của việc rò rỉ phóng xạ hạt nhân là rất ít.