Phế thải ngàn năm: Rác Phóng Xạ - TS.Mai Thanh Truyết

Một loại phế thải độc hại đang làm bận tâm nhiều nhà làm chính sách, nhà khoa học trên thế giới ngày hôm nay là phế thải phóng xạ. Đây có thể nói chính là mặt trái của nền văn minh nhân loại khi phát minh ra nguồn nguyên tử năng để tạo ra năng lượng tiêu dùng trên thế giới ngày hôm nay.

Thông thường, bất cứ một sinh hoạt nào phát sinh hay sử dụng nguyên liệu phóng xạ đều thải hồi ra rác phóng xạ. Trong các hầm mỏ, nhà máy phát điện nguyên tử, trong kỹ nghệ quốc phòng, kinh tế, y khoa, hay trong nghiên cứu áp dụng tia phóng xạ đều sản xuất ra phế thải phóng xạ.

Ngay từ khi thực hiện những áp dụng nguyên tử vào mục tiêu năng lượng như việc xây dựng những trung tâm phát điện, con người vẫn nghĩ rằng vấn đề phế thải nguyên tử không phải là một vấn đề quan trọng, và được suy diễn rác phóng xạ cũng như bao loại phế thải khác nghĩa là có thể thanh lọc hay tái tạo lại được.

Nhưng hiện nay, rác phóng xạ trở thành một vấn đề cấp bách cho các quốc gia trên thế giới vì mức độ an toàn, mức rò rỉ của các hầm chôn cất phóng xạ ngày càng nghiêm trọng, ảnh hưởng lên môi trường, cũng như việc giải quyết không đơn giản như các dự đoán từ đầu. Tại Hoa Kỳ, chất thải phóng xạ được lưu trữ chinh yếu tại một kho lưu trữ trung ương được mở vào giữa những năm 1980 dưới núi Yucca ở sa mạc Nevada, 80 dặm từ Las Vegas. Chi phí cho việc xây dựng nầy tiêu tốn 15 tỷ Mỹ kim.

Phải mất bao lâu để chất thải hạt nhân bị phân hủy?

 

Các đồng vị phóng xạ cuối cùng phân rã (decay), hoặc phân hủy (disintegrate), tạo thành các vật liệu không còn độc hại. Một số đồng vị phân hủy trong vài giờ hoặc thậm chí vài phút, nhưng một số khác phân rã rất chậm. Strontium-90 và Cesium-137 có tuổi thọ khoảng 30 năm (một nửa chất phóng xạ sẽ bị phân hủy trong vòng 30 năm). Plutonium-239 có thời gian bán hủy 24.000 năm.

Trên thế giới, rác phóng xạ hầu hết được chôn sâu dưới lòng đất có chiều sâu khác nhau của từng quốc gia:

- Sweden äspö Hard Rock Laboratory 450 m

- Switzerland Grimsel Test Site 450 m

- Switzerland Mont Terri Rock Laboratory 300 m

- USA Yucca Mountain nuclear waste repository 50 m.

Riêng tại Nga, đa số phế thải phóng xạ, đặc biệt các thanh phóng xạ (nuclear fuel rod) đều được chôn dưới nước.

Tại Pháp, Tổ chức Bảo vệ Môi trường Greenpeace hôm 10/10/2017, ra báo cáo cảnh báo tình trạng nhiều bể chứa (mỗi bể chứa hàng trăm tấn chất thải phóng xạ) các chất phóng xạ đã qua sử dụng, tại Pháp và Bỉ, được bảo vệ "rất kém" và cần hàng chục tỉ đô la để bảo vệ các địa điểm đó. Chính phủ Pháp cho biết sẽ xem xét báo cáo này đối với 63 bể chứa ở xứ này.

Tổ chức bảo vệ môi trường khuyến cáo Công ty Điện Lực Pháp EDF xây tường chắn kiên cố để bảo vệ các địa điểm chiến lược này. Theo ông Yves Marignac, giám đốc của cơ quan nghiên cứu và tư vấn WISE-Paris, đồng tác giả báo cáo, chi phí ước tính cho mỗi bể chứa là khoảng một tỉ đô la.

Theo ước tính, nếu bị tấn công, mỗi bể chứa có thể trở thành nguồn gốc của một “thảm họa hạt nhân”, khiến đời sống dân cư xung quanh bán kính 250 km gặp nguy hiểm.

Và ngày hôm nay, việc giải quyết phế thải phóng xạ là một vấn đề phức tạp, không phải vì bản chất của phế thải, mà vì sự phức tạp của những luật lệ liên quan đến sự điều hành và thanh lọc phế thải phóng xạ nầy. Tại Hoa Kỳ, các cơ quan liên quan đến việc quản lý rác phóng xạ là: Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA), Hội đồng Luật lệ Hạch nhân (NRC), Bộ Năng lượng (DOE), và Bộ Giao thông (DOT). Rác phóng xạ được phân loại theo nguồn gốc của phế thải chứ không theo nồng độ của từng phế thải. Đó là:

1) Phế thải từ các thanh năng lượng trong lò phản ứng hạch nhân,

2) Phế thải có nồng độ phóng xạ cao ở các lò phản ứng,

3) Phế thải phóng xạ từ các chương trình quốc phòng,

4) Phế thải từ các hầm mỏ uranium,

5) Phế thải có nồng độ thấp,

6) Phế thải từ các máy phát sinh ra phóng xạ như máy X-ray v.v…

1. Các nguồn phóng xạ

Sự phóng xạ là một tính chất đặc biệt của một số nguyên tố như Uranium có thể phát thải ra trong điều kiện thông thường, các tia (radiation) alpha và beta, đôi khi tia gamma do sự phân hủy tự nhiên (disintegration hay decay) nhân (nuclei) của nguyên tử. Do đó, có nhiều loại phóng xạ mang cường độ khác nhau tùy theo số lượng các bức xạ trong mỗi nguyên tố.

Bất cứ việc áp dụng hiện tượng phóng xạ trên nhằm đem lại phúc lợi cho nhân loại cũng đều tạo ra phế thải phóng xạ hay phế thải hạch nhân (nuclei waste). Và phương cách tiếp cận của nguồn phế thải nầy vào cơ thể chúng ta chính là nguồn nước và không khí.

Nguồn nước bao bọc quả địa cầu là nơi dung dưỡng và phát thải chất phóng xạ vào môi trường. Khi một phế thải phóng xạ đi vào đường nước, các tia phóng xạ đó sẽ được hấp thụ bởi cây cỏ chung quanh nguồn nước trên, cũng như tất cả các sinh động vật sống trong vùng nước bị nhiễm độc trên. Các tia phóng xạ cũng có thể lơ lửng trong không khí và xâm nhập vào cơ thể con người, cây cỏ, thú vật và nguồn đất. Do đó, con người có thể hấp thụ các chất phóng xạ qua đường nước, không khí, và thực phẩm.

Tựu trung, chất phóng xạ có thể tích tụ trong cơ thể lâu hơn đời sống của con người vì sự bán hủy (half life) của những tia phóng xạ dài hơn một ngàn năm dựa theo ước tính của Viện Hàn lâm Quốc gia Khoa học Hoa Kỳ (US NAS). Cũng theo ước tính trên thì số lượng rác phóng xạ Hoa kỳ chứa trong năm 1983 phải cần đến 3 triệu năm sau đó mới có thề tự phân hủy trở về định mức thiên nhiên.

Việc tiếp cận phóng xạ đến từ nhiều nguồn khác nhau:

• Quần áo bảo vệ cơ thể;

• Các súc vật thí nghiệm trong phản ứng có chứa phóng xạ;

• Hệ thống nước làm nguội các nhà máy điện nguyên tử, các thanh phóng xạ, và tất cả dụng cụ sử dụng trong nhà máy điện nguyên tử;

• Nhà máy tinh chế các thanh phóng xạ;

• Các dụng cụ y khoa có chứa phóng xạ v.v…

2. Phân loại phế thải phóng xạ

Phế thải phóng xạ được chia ra làm ba loại: phế thải có nồng độ cao, phế thải sau khi tách phóng xạ từ các hầm mỏ gọi là mill tailings, và phế thải có nồng độ thấp.

Phế thải phóng xạ có nồng độ cao: Đây là nguồn phế thải quan trọng nhất gồm các thanh phản ứng phóng xạ trong những nhà máy năng lượng phóng xạ dùng trong thương mại và quốc phòng. Tại Hoa Kỳ, các nhà máy phát điện hạch nhân phát thải hàng năm trên 3.000 tấn phế thải loại nầy, chưa kể các nguồn phế thải trong quốc phòng. Phế thải từ các thanh phản ứng của 100 nhà máy điện hạch nhân ở Hoa Kỳ hàng năm chiếm một diện tích bằng một sân bóng bầu dục và dầy trên một bộ (foot).

Chỉ một cọc phản ứng phế thải phát xuất ra trên 1 triệu rems (đơn vị phóng xạ).

Hiện tại, đối với các loại phế thải trên, những nhà máy năng lượng hạch nhân dùng phương pháp ngâm trong nước lạnh chứa trong bồn chứa bằng chì (lead), nhằm mục đích ngăn chặn sự phát thải của tia phóng xạ gamma và phòng ngừa sự tách rời (fission) của các nguồn phóng xạ còn lại ở trong thanh phóng xạ. Đây chỉ là một giải pháp tạm thời trong khi chờ đợi quyết định của Bộ Năng lượng có thể ban hành trong năm 2008 trước khi vào nơi "an nghỉ" sau cùng ở Nevada.

2- Phế thải từ các hầm mỏ phóng xạ: Đây là nguồn phế thải phóng xạ sau khi tinh chế đất, đá có chứa phóng xạ từ các hầm mỏ. Thông thường các quặng uranium chỉ có nồng độ phóng xạ khoảng 1%, tất cả các phần còn lại là phế thải chiếm một diện tích rất lớn phát thải phóng xạ có thể làm ô nhiễm nguồn nước và không khí chung quanh vùng khai thác. Tính đến năm 2004, toàn quốc Hoa Kỳ chứa khoảng 200 triệu tấn loại phế thải nầy, và hàng năm phát thải thêm khoảng 15 triệu tấn. Mặc dù nồng độ phóng xạ thấp, nhưng vẫn có nhiều chất đồng vị có thể tồn tại hàng triệu năm.

3- Phế thải phóng xạ nồng độ thấp: Đây bao gồm tất cả các nguồn phế thải phóng xạ không nằm trong hai loại phế thải trên. Đó là các nguồn nước thải trong các lò phản ứng, những nguồn phóng xạ trong các phòng thí nghiệm, bịnh viện, và trong kỹ nghệ. Tuy được liệt kê nguồn phế thải phóng xạ có nồng độ thấp, nhưng điều đó không có nghĩa là không nguy hiểm, vì các tia phóng xạ nầy vẫn tồn tại trong nước và trong không khí hàng ngàn năm sau đó.

Phế thải nầy được chia ra làm hai loại: Phế thải nước ngâm các thanh phóng xạ trong thời gian phản ứng; và phế thải từ các khoan trung hòa (neutron) trong thời gian tinh chế những thanh phản ứng. Các loại phế thải nầy được chứa tại những địa điểm phát sinh ra phế thải cho đến khi bị phân rã (decay) hoàn toàn, và sau đó mới được chuyển tải vào các bãi rác.

3. Làm thế nào để giải quyết phế thải phóng xạ

 

Đối với chất thải phóng xạ ở mức độ thấp, như găng tay, tyvek bị ô nhiễm, có thể vứt bỏ ở bãi chôn lấp. Chất thải ở mức cao hơn, có thể gây phóng xạ nguy hiểm, khó phân hủy hơn. Nó có thể được tái thanh lọc để trích xuất nhiên liệu hạt nhân hoặc đóng gói trong các thùng kín và để lại dưới lòng đất.

Đối với những nguồn phế thải có nồng độ phóng xạ thấp, bãi rác dành riêng cho loại phế thải nầy được xây dựng từ những năm 1960. Nơi đây, các đường hầm chứa phế thải được thiết lập sâu dưới bãi rác. Thùng phế thải được chuyển vào các đường hầm trên và được bao bọc bằng những lớp đất được nén cứng để tránh mức độ ẩm có thể ảnh hưởng đến phết thải phóng xạ trong các thùng chứa kín.

Qua ba nguồn phế thải phóng xạ kể trên, phế thải phóng xạ có nồng độ cao là nguy hiểm nhất, và phương cách để tồn trữ dài hạn cho loại phế thải nầy là cần phải ngăn ngừa hiện tượng rò rỉ ra ngoài nguồn nước hay lòng đất, hoặc không khí. Trước hết cần phải giảm thiểu tối đa thể tích của phế thải, và trong mỗi bồn chứa cần phải ước tính mức độ đồng vị phát thải trong tương lai cũng như phản ứng phát nhiệt cần phải tính toán để các thùng chứa phế thải không bị nứt ra và bị rò rỉ.

Sau cùng, các thùng chứa phế thải được chôn sâu vào lòng đất bao bọc bằng những hầm chứa xây kiên cố bằng xi măng dầy.

Từ những năm 1940 đến 1960, những thùng chứa phế thải phóng xạ được chôn vùi dưới lòng đại dương. Giải pháp nầy được chấm dứt vào năm 1970 khi EPA Hoa Kỳ khám phá ra rằng có ít nhất ¼ các thùng chứa dưới đáy biển bị rò rỉ.

Vào thập niên 1980, Hoa Kỳ mới chọn giải pháp chôn phế thải phóng xạ trong lòng đất và đã chi ra trên 2 tỷ Mỹ kim cho giải pháp nầy bằng cách xây dựng những đường hầm dưới lòng đất sâu để chứa những thùng phế thải.

Hầu như tất cả các nhà máy điện hạt nhân của Hoa Kỳ lưu trữ nhiên liệu hạt nhân đã qua việc dùng "các hồ chứa các thanh nhiên liệu"(spent fuel pools). Những hồ chứa này được làm bằng bê tông cốt thép dày vài bộ, với lớp lót bằng thép. Nước này thường dài khoảng 40 bộ, và dùng để che chắn bức xạ và làm nguội các thanh nhiên liệu.

Từ đó đến nay, vẫn chưa có một quyết định sau cùng nào cả vì có nhiều ý kiến từ nhiều phía khác nhau. Những tranh cãi tiếp tục diễn ra, và vấn đề phế thải phóng xạ vẫn còn là một đề tài thời sự cho đến ngày hôm nay.

4. Những tranh luận về một "bãi rác" cho phế thải phóng xạ

Qua những bất đồng quan điểm về mức phóng xạ và về sự an toàn sau khi rác phóng xạ được chôn vào lòng đất…các nhà khoa học, kinh tế, và chính trị có nhiều giải pháp đề nghị khác nhau như:

1- Cho tất cả phế thải phóng xạ vào một bồn chứa kín và chuyển tải vào quỹ đạo trái đất;

2- Chôn phế thải phóng xạ dưới các tảng băng vùng Nam cực;

3- Hay táo bạo hơn nữa là phá hủy (bombard) phế thải phóng xạ bằng bom nguyên tử để biến đổi phế thải thành những đồng vị (isotope) ít độc hại hơn.

Nhưng tất cả 3 giả thuyết đề nghị trên đều không được áp dụng.

Sau cùng giải pháp Yucca vẫn đang còn nằm trên bàn tranh luận cả ở Thượng viện và Tối cao Pháp viện của Hoa Kỳ.

5. Kết luận

Hiện tại, những nhà làm luật của tiểu bang Nevada đang kiện EPA về giải pháp Yucca, mặc dù công trình vẫn còn đang tiếp tục xây dựng để chứa tất cả những phế thải phóng xạ có nồng độ cao từ khắp nước Mỹ. Các cuộc tranh cãi đang đi vào bế tắc, ít nhất là trong giai đoạn hiện tại sau hơn 60 năm tranh luận về giải pháp giải quyết vấn để phế thải phóng xạ nầy.

Bế tắc vì phế thải được tạo ra chỉ nhằm mục đích giải quyết tiện nghi cho một thành phần dân chúng sống ở những thành phố lớn. Và thành phần dân chúng phải gánh chịu trước mắt là những vùng nông thôn xa xôi, chẳng những không được hưởng những phúc lợi trên mà còn phải đối mặt với nguy cơ phát sinh ra từ bãi rác.

Cũng như trong tương lai, con người hiện tại hưởng tất cả thành tựu về việc ứng dụng nguyên tử và hạch nhân trong đời sống; trong lúc đó di hại sẽ còn kéo dài nhiều thế hệ tiếp theo sau. Đây chính là điểm bất công nhất dưới tầm nhìn của những nhà tương lai học và dưới quan điểm toàn cầu hóa đối với các thế hệ tương lai.

Từ những suy nghĩ trên, thiết nghĩ một vài biện pháp căn bản sau đây có thể góp phần vào việc giải quyết vấn nạn phế thải phóng xạ trong khi chờ đợi một giải pháp tối ưu cho vấn đề. Đó là:

Cần phải hạn chế thể tích phế thải phóng xạ bằng cách cô lập bộ phận thực sự phát thải phóng xạ mà thôi;

Phân tích và tách rời các loại phế thải có mức độ tự hủy (decay) khác nhau để giảm thiểu diện tích của bãi rác;

Hạn chế và nếu có thể, chấm dứt việc sử dụng năng lượng hạch tâm và thay thế bằng năng lượng tái tạo;

Phát triển nghiên cứu các loại năng lượng sạch và năng lượng tái tạo nhằm mục đích giải quyết vấn đề cũng như hạn chế được hiện tượng hâm nóng toàn cầu.

Làm được các điều trên, theo ước tính của nhiều nhà khoa học, sẽ giải quyết được một phần nào bế tắc của giải pháp Yucca tại Hoa Kỳ cũng như ở các quốc gia phát triển trên thế giới.

Hội Bảo vệ Môi trường Việt Nam (VEPS)

 

TS.Mai Thanh Truyết