Hầm chôn chất thải hạt nhân đầu tiên trên thế giới

Bên trong hầm lưu trữ và xử lý chất thải hạt nhân Onkalo, Phần Lan.

Onkalo có nghĩa là “hang động” hoặc “rỗng” trong tiếng Phần Lan, được xây dựng trong 2 thập niên qua để trở thành hầm chứa trải rộng dưới lòng đất, đóng vai trò như nơi lưu trữ vĩnh viễn đầu tiên trên thế giới dành cho chất thải hạt nhân.

Năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng thải ít carbon, khai thác sức mạnh bên trong nguyên tử. Tuy nhiên, quản lý chất thải hạt nhân rất quan trọng bởi nó có tính phóng xạ và có thể vẫn độc hại trong hàng nghìn năm. Vì vậy việc xử lý chất thải cẩn thận để bảo vệ con người và môi trường rất quan trọng.

Ngay từ thập niên 90 của thế kỷ XX, Posiva - công ty phát triển và quản lý Onkalo - đã bắt đầu nghiên cứu hàng chục địa điểm tiềm năng trước khi thu hẹp danh sách còn 4 với những đặc điểm địa chất khác nhau. Lựa chọn cuối cùng nằm giữa Olkiluoto và khu vực quanh thành phố Loviisa, nơi có những nhà máy điện hạt nhân của Phần Lan. Năm 1999, Posiva tập trung vào địa điểm Onkalo. Hầm Onkalo nằm ở độ sâu 450m dưới lòng đất sẽ chuyên lưu trữ chất thải có độ phóng xạ cao từ nhà máy điện hạt nhân.

Theo các nhà địa chất học, đáy nền Onkalo hầu như ổn định trong suốt hàng tỉ năm qua, mặc dù có bằng chứng về các trận động đất trong 1 vạn năm qua khi các băng hà lớn rút đi vào cuối kỷ băng hà và đáy nền phục hồi trở lại. Nhà địa chất học Antti Mustonen nói rằng, Onkalo dựa chủ yếu trên 2 khu vực đứt gãy song song cách nhau 800m. Ông Mustonen khẳng định: “Nếu có động đất thì nó chỉ xảy ra ở các đứt gãy song song còn vùng ở giữa không hề hấn gì”.

Công nhân kiểm tra hầm lưu trữ Onkalo

Nhưng động đất không phải là mối đe dọa chính. Bà Sarah Hirschorn, Giám đốc khoa học địa lý tại Tổ chức Quản lý chất thải hạt nhân Canada (NWMO) phát biểu: “Chỉ có nước mới đủ sức đẩy bật các kho trữ hạt nhân từ dưới lòng đất lên bề mặt và tác động đến người dân”. Điều đó có nghĩa rằng, các khu chôn lấp phải nằm trên một hỗn hợp đất sét, muối hoặc đá thủy tinh cứng, có đặc tính là không thấm nước.

Tại Onkalo, nơi đáy nền có tuổi đời gần 2 tỉ năm hầu như là gneiss, một loại đá cứng hình thành từ áp suất và nhiệt độ cao. Posiva lập bản đồ chi tiết và tránh những tầng đất xốp khi các công nhân đào sâu hơn. Nếu bằng cách nào đó nước xâm nhập vào kho trữ chất thải, nó vẫn phải chảy qua bentonite (một loại sét khoáng có tính trương nở) và đồng rồi mới tới được chất thải hạt nhân.

Sau khi đến Onkalo, các thanh nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng sẽ được xử lý tại một nhà máy đóng gói. Trong một căn phòng bằng thép không gỉ và được bao bọc bởi bức tường bê tông dày 1,3m, robot sẽ hút sạch nước bám trên các thanh nhiên liệu khi chúng đặt trong các bể chứa và hàn kín chúng trong cái hộp bằng gang và chồng lên một cái hộp đồng. Khí argon sẽ được bơm vào giữa 2 hộp để tạo ra một dạng khí trơ và vỏ hộp đồng sẽ được hàn kín. Đồng ăn mòn chậm. Khi nước ngấm chảy tới kho lưu trữ, các phản ứng hóa học và vi sinh sẽ hấp thụ toàn bộ oxy hòa tan, khiến cho nó ít phản ứng hơn.

Posiva và Công ty Quản lý chất thải và nhiên liệu hạt nhân của Thụy Điển (SKB) đã ký hợp đồng với Đại học Uppsala (Thụy Điển) và Đại học Toronto (Canada) để thử nghiệm các phát hiện khoa học.

Địa điểm hầm lưu trữ Onkalo

Các nhà quản lý Posiva cho biết, 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. 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 niên để lên tới mặt đất, nồng độ phóng xạ sẽ giảm xuống.

Đối với những người sống gần hầm chứa chất thải hạt nhân, có đánh giá rằng mức độ phơi nhiễm hằng năm cũng thấp hơn nhiều so với giới hạn cho phép, hay tương đương với mức phơi nhiễm bức xạ trung bình mà người Phần Lan đang trải qua ngày nay.

“Căn hầm có thể chứa tổng cộng 5.500 tấn chất thải hạt nhân”, Antti Joutsen, nhà địa chất học làm việc trong dự án, cho biết. “Vì vậy, Onkalo sẽ tiếp nhận tất cả chất thải hạt nhân nồng độ phóng xạ cao từ 5 nhà máy hạt nhân của Phần Lan trong suốt vòng hoạt động của chúng”.

Tầm quan trọng của Onkalo vượt xa ngoài biên giới Phần Lan. Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế mô tả đây là dự án làm thay đổi việc quản lý chất thải hạt nhân. Dự án Onkalo giúp Phần Lan đi trước 1 thập niên so với các nước đang chật vật giải quyết thách thức tương tự.

Ở trung tâm của Onkalo là thiết kế KBS-3, kết quả hợp tác phát triển với SKB. Cách tiếp cận tiên tiến này ứng dụng một hệ thống nhiều rào chắn, bao bọc chất thải hạt nhân bên trong hộp đồng, phủ đất sét và chôn sâu bên trong lớp đá nền ổn định. Thông qua cách ly an toàn chất thải hạt nhân với môi trường, dự án giảm thiểu nguy cơ phơi nhiễm bức xạ và ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, Onkalo cũng là minh chứng cho thấy công nghệ có thể giúp giải quyết thách thức cấp bách về mặt môi trường. Ví dụ, một loại tinh thể phân tử có biệt danh “Bạch tuộc” và vi khuẩn ăn chất thải cung cấp giải pháp tiềm năng để thu thập phụ phẩm từ lò phản ứng hạt nhân, thậm chí phân hủy chất thải, biến năng lượng hạt nhân thành lựa chọn sạch khả thi hơn.

Khi tiến dần tới giai đoạn vận hành Onkalo, Phần Lan sẽ mở ra một tiền lệ cho quản lý chất thải hạt nhân trên quy mô toàn cầu.