Phát triển năng lượng hạt nhân phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Chính sách phát triển năng lượng bền vững được Đảng và Nhà nước ta quan tâm mà nội dung cơ bản là đa dạng hóa các nguồn năng lượng có tính đến việc bảo tồn phát triển tài nguyên và bảo vệ môi trường. Nhận thức rõ vai trò của điện hạt nhân trong chính sách phát triển năng lượng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, ngành hạt nhân được giao nhiệm vụ tham gia "Nghiên cứu xây dựng nhà máy điện nguyên tử trong quy hoạch dài hạn". Cùng với các kết quả đã thu được từ các đề tài nghiên cứu giai đoạn 1981-1985, 1991-1995 và các dự án của Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế, đề án phát triển điện hạt nhân ở Việt Nam được nghiên cứu xây dựng nhằm làm rõ các nội dung: sự cần thiết phải có điện hạt nhân ở Việt Nam; khả năng phát triển điện hạt nhân ở Việt Nam; vai trò của điện hạt nhân trong chính sách phát triển năng lượng bền vững, trong tăng cường tiềm lực quốc gia và góp phần cải thiện đời sống nhân dân.

Từ việc phân tích một cách khách quan xu thế hiện nay của thế giới và khu vực đối với việc phát triển điện hạt nhân; từ việc xem xét trên các quan điểm về nhu cầu, về an ninh năng lượng và về phát triển tiềm lực của đất nước; từ việc đánh giá tính khả thi của chương trình điện hạt nhân dựa trên các cơ sở về giá thành và đầu tư, về an toàn và xử lý thải, về cơ sở hạ tầng và nhân lực, về địa điểm xây dựng nhà máy; v.v... có thể khẳng định rằng Việt Nam hoàn toàn có đủ điều kiện để thực thi Chương trình phát triển điện hạt nhân trong những năm đầu của thế kỷ 21.

Kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng vì mục đích hòa bình của Năng lượng nguyên tử của nhiều nước, trong đó có nước ta, bởi lẽ các ứng dụng của kỹ thuật hạt nhân không những đóng góp có ý nghĩa vào chương trình phát triển kinh tế - xã hội mà còn góp phần chuẩn bị nhân lực và mở rộng khả năng chấp nhận của dân chúng đối với Chương trình điện hạt nhân trong tương lai.

Sau hơn 20 năm hình thành và phát triển, ngành hạt nhân nước ta đang phấn đấu để bước sang một giai đoạn mới, giai đoạn trưởng thành. Hiện nay ngành đang có nhiều thuận lợi cơ bản, đó là các viện và trung tâm trong ngành đã tích lũy được cơ sở vật chất kỹ thuật tương đối toàn diện và hiện đại, có đội ngũ cán bộ đáp ứng được công tác quản lý, vận hành thiết bị, nghiên cứu khoa học và triển khai kỹ thuật hạt nhân; ngành luôn nhận được sự quan tâm của các cấp lãnh đạo Đảng, Nhà nước; quan hệ hợp tác và uy tín của ngành với các cơ quan trong và ngoài nước ngày càng được mở rộng và nâng cao. Bên cạnh đó, Nghị quyết Trung ương 2 (khóa VIII) về "Định hướng chiến lược phát triển KH-CN trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa" ra đời tạo điều kiện cho các cơ quan khoa học nói chung và ngành hạt nhân nói riêng có thêm nhiều điều kiện để thực thi những nhiệm vụ chính trị của mình.

Với khả năng và tiềm lực hiện có, với nhu cầu của đất nước và thị trường khu vực đối với khoa học kỹ thuật hạt nhân ngày càng phát triển, hy vọng rằng trong tương lai ngành hạt nhân nước ta có thể đóng góp ngày càng hữu hiệu hơn vào việc đáp ứng các nhu cầu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân của xã hội, đóng góp thiết thựcvào quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Hiện nay đồng vị phóng xạ đang được sử dụng trong tất cả các ngành công nghiệp bao gồm cả luyện thép, hóa chất và tổng hợp hoá dầu, điện hạt nhân và nhiệt điện và các cơ sở kỹ thuật công nghiệp nặng. Dưới đây là một vài ví dụ.

Ngày nay phương pháp chụp ảnh phóng xạ bằng cách sử dụng nguồn bức xạ gamma cobalt-60 và iridium-192 được sử dụng rộng rãi nhấẩttong số các phương pháp NDT bảo đảm chất lượng công trình.

Bức xạ trị liệu là phương pháp ưa thích cho sự diệt trùng các sản phẩm và thiết bị y tế trên khắp thế giới. Sản phẩm bao gồm chỉ khâu, dụng cụ cho và truyền máu, dụng cụ tiêm, dụng cụ phẫu thuật và dao mổ và một số dược phẩm.

Bức xạ gamma và điện tử cũng có thể được sử dụng tiêu diệt các vi sinh gây bệnh trong bùn nước thải. Bùn sau xử lý như vậy là an toàn, hoặc được sử dụng vào môi trường hoặc sử dụng như là phân bón, thức ăn gia súc.

Thủy học và thủy lực học 

Thủy lực học phóng xạ (isotope hydrology) đã nổi lên như là một môn khoa học riêng biệt và đã được minh chứng có giá trị trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước, điều rất quan trọng với nhiều quốc gia. Lò phản ứng sản xuất những chất đồng vị cũng như những chất đồng vị môi trường (cả phóng xạ lẫn bền) được sử dụng để khảo sát nguồn gốc của nguồn nước và những vấn đề xây dựng dân dụng. Chúng bao gồm những nghiên cứu về tái tạo nước bề mặt, sự xâm nhập nước biển vào tầng ngậm nước ven biển, sự thấm tạo rò rỉ trong các con đập và hệ thống kênh dẫn cũng như sự di chuyển lớp trầm tích dưới đáy biển của một lượng lớn các cảng biển và cảng trong nước và quốc tế.

Những đồng vị phóng xạ được sử dụng như những đồng vị đánh dấu là những công cụ duy nhất để chẩn đoán những vấn đề trong những quá trình sản xuất công nghiệp, từ sự dò tìm rò rỉ trong những ống dẫn chôn ngầm dưới đất đến sự đánh giá các chức năng hoạt động của những lò phản ứng hóa học. Gần như mọi nhà máy sản xuất thép sử dụng những đồng vị phóng xạ để theo dõi sản phẩm trong những lò luyện sắt lót gạch chịu lửa. Thủy ngân phóng xạ thường được sử dụng để kiểm tra thủy ngân trong những nhà máy sản xuất sôđa ăn da.

Xử lý bức xạ công nghiệp đang mở rộng một cách nhanh chóng vùng sử dụng bức xạ năng lượng cao cho sự sản xuất các vật liệu công nghiệp mới và tốt hơn. Bức xạ năng lượng cao trong khi xuyên qua vật chất sẽ gây ion hóa và kích thích những phân tử. Sự xử lý bức xạ nhằm sử dụng một cách thành công những biến đổi hóa – lý này để sinh ra những sản phẩm mới có những tính chất được cải tiến.

Về cơ bản, xử lý bức xạ công nghiệp bao gồm bắn phá các vật liệu bằng bức xạ năng lượng cao dưới những điều kiện được kiểm soát để đưa ra những thay đổi mong muốn trong vật liệu. Các nguồn gamma (Co-60 và Cs-137) và thiết bị dòng electron (electron beam: EB) dựa trên công nghệ cao được sử dụng rộng rãi trong xử lý bức xạ; hơn 50% của toàn bộ thiết bị y tế sử dụng một lần được khử trùng bằng bức xạ của Co-60 dựa trên thiết bị bức xạ. Hệ thống gồm băng tải mang trên đó sản phẩm được chuyển động với tốc độ chậm xung quanh nguồn và sản phẩm thông thường sẽ được chiếu bởi liều 25 kGy để diệt trùng dụng cụ y tế. Thiết bị EB được sử dụng trong xử lý polimer, chế biến, ghép nối phân tử hoá chất bằng bức xạ (radiation crosslinks) cho dây và cáp điện, nhuộm màu bằng bức xạ cho đá quý (ngọc). Bảo quản thực phẩm bằng xử lý bức xạ là một trong những công nghệ mới nổi bật lên hiện nay liên quan đến việc khử trùng diệt gien sinh sản của sản phẩm gia vị, hành, khoai tây, thịt cá.

Phát năng lượng từ những nguồn đồng vị phóng xạ

Máy phát nhiệt đồng vị (Radioisotopes Thermal Generators: RTG) được sử dụng ngày càng tăng trong những tàu vũ trụ, đèn hải đăng định vị từ xa, và những ứng dụng trong y học. Những nguồn thường được sử dụng là Sr-90 và Pu-238. Nhiệt được phát sinh bởi sự phân rã hạt nhân được chuyển thành điện năng bằng việc sử dụng những cặp nhiệt điện và nguồn điện cỡ vài hàng trăm oát có thể tạo bằng RTG có thiết kế thích hợp. Pu-238 được sử dụng rộng rãi như là một tế bào tim mạch để phát những xung điện điều chỉnh nhịp đập tim.

Các ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong y học đã dẫn tới sự phát triển nhánh mới của y học được gọi là "Y học hạt nhân". Nhánh mới này dùng dược phẩm phóng xạ cho chẩn đoán những bệnh xác định, theo dõi và nhận diện sự phát triển và diễn tiến của chúng. Phương pháp này cũng tham gia điều trị những bệnh nhất định với sự sử dụng dược phẩm phóng xạ.

Trong chẩn đoán, hai dạng kỹ thuật được sử dụng rộng rãi, cụ thể là kỹ thuật trong-cơ thể (in-vivo) và trong-ống nghiệm (in-vitro). Đối với nghiên cứu in-vivo, một dược phẩm phóng xạ thực sự phân tán vào cơ thể của bệnh nhân trong khi đó trong kỹ thuật in-vitro không có dược phẩm phóng xạ nào phân tán vào cơ thể của bệnh nhân, và đánh giá tỉ mỉ số lượng các hoóc môn, thuốc và các chế phẩm sinh học hoà tan trong mẫu máu được thực hiện với giúp đỡ của các đồng vị phóng xạ trong phòng thí nghiệm. Kỹ thuật in-vivo bao gồm nghiên cứu cả hình ảnh và không – hình ảnh. Trong những nghiên cứu không – hình ảnh, động học và phân bố sinh học của dược phẩm phóng xạ phân tán trong cơ thể được nghiên cứu với sự giúp đỡ của các thiết bị hạt nhân thích hợp. Nghiên cứu hình ảnh với các hạt nhân phóng xạ là phần chính yếu của y học hạt nhân ngày nay.

Tạo ảnh hạt nhân phóng xạ (Radio Nuclide Imaging: RNI)

X-quang đã được sử dụng trong nhiều năm cho việc chụp các hình ảnh của các cơ quan nội tạng. Trong những năm gần đây, phương thức tạo hình ảnh mới, chủ yếu là phương pháp tái tạo hình ảnh cắt lớp bằng điện toán (computerized axial tomography: CAT), hình ảnh siêu âm và hình ảnh cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging: MRI) đã được đưa ra trong chẩn đoán y tế. Những phương pháp này, nhìn chung, cung cấp thông tin sinh động chi tiết của bộ khung và cấu trúc của các cơ quan được chụp ảnh, và chúng rất hữu ích trong chẩn đoán đáng tin cậy nhiều loại bệnh.

RNI theo sự so sánh thì rất hữu ích trong chức năng thu thập các thông tin về nhiều cơ quan thông tin cấu trúc làm cho kỹ thuật này trở nên là duy nhất và nhạy cảm trong chẩn đoán lâm sàng.

Ứng dụng lâm sàng

Tạo ảnh phóng xạ đang giữ một vai trò hữu ích ngày càng tăng trong thực hành lâm sàng thường ngày. Một số ứng dụng tiêu biểu gồm:

        Sự đánh giá bệnh nhân với bệnh động mạch vành để quyết định giải phẫu và theo dõi sau giải phẫu.

        Chẩn đoán sự quá áp gây ra do những vấn đề của thận.

        Xác định sớm ung thư và di căn của nó tới những cơ quan khác.

        Sự tắc nghẽn luồng máu tới phổi trong những bệnh nhân sau khi giải phẫu.

        Xác định sự tắc nghẽn ống dẫn mật dẫn tới bệnh vàng da’ phẫu thuật’.

        Đánh giá bướu tuyến giáp.

        Chụp ảnh toàn bộ não để đánh giá bệnh động kinh và chứng loạn trí.

        (Radionuclide hình ảnh là một sân chơi bổ ích tăng cường vai trò cách thường xuyên, thực hành lâm sàng.

Những ví dụ này chỉ minh họa và còn có nhiều phát triển mới, cả về thiết bị lẫn dược phẩm phóng xạ, mà chúng cung cấp thông tin chẩn đoán chính xác hơn dẫn tới bệnh nhân được điều trị tốt hơn.

Phân tích miễn dịch phóng xạ

Phân tích miễn dịch phóng xạ (Radio immunoassay: RIA), như tên gọi được đề nghị, là một kỹ thuật dựa trên các đo lường hoạt độ phóng xạ và phản ứng hoá học của hệ miễn dịch (immunochemical) giữa một hoóc môn và một kháng thể độc chống lại hoóc môn đó.

Một số ứng dụng lâm sàng quan trọng của RIA bao gồm:

        Chẩn đoán vềđithionit(hypo) và sự hoạt động quá mức của tuyến giáp bằng việc đánh giá mức hoóc môn tuyến giáp (T3, T4, TSH) trong máu.

        Quản lý của những bệnh nhân đái đường bởi sự đánh giá insulin, kháng thể insulin và chuỗi C các axit amin.

        Chẩn đoán nguyên nhân của sự vô sinh bằng RIA đối với các hooc môn sinh sản (FSH, LH, và prolactin).

        Kiểm tra quá trình mang thai bằng đánh giá lượng HCG bêta và HPL.

        Ước lượng mức máu của những loại thuốc mạnh nhưng mà độc, như phenytoin, được dùng trong điều trị bệnh động kinh.

        Xác định sớm ung thư bằng RIT qua những sinh kháng thể khối u như là sinh kháng thể phôi thai carcino. 

Ứng dụng chữa bệnh dược phẩm phóng xạ. 

Dược phẩm phóng xạ cũng có thế sửdụng trong việc điều trị của một số bệnh. Sử dụng iodine-131 trong việc điều trị quá chức năng của tuyến giáp (hyper thyrodism) là một ví dụ nổi bật của điều trị với đồng vị phóng xạ xâm nhập bên trong cơ thể. Việc điều trị là rất đơn giản và tránh được những chấn thương và sự phức tạp của cuộc giải phẫu. Iodine-131 cũng được sử dụng trong điều trị bệnh ung thư tuyến giáp bằng cách tiêu diệt mô ung thư tuyến giáp còn dư sau khi phẫu thuật điều trị tuyến giáp, và bằng cách cho I-131 tập trung nơi di căn. Phophorus-32, đồng vị điều trị khác, được sử dụng cho việc chữa trị bệnh hiếm, được gọi là polycythemia Vera. Một số dược phẩm phóng xạ mới khác sử dụng trị liệu bệnh ung thư cũng được phát triển và chúng được dự kiến sẽ cung cấp công cụ mới trong việc điều trị các bệnh ung thư.

Các đồng vị phóng xạ và công nghệ bức xạ đang được sử dụng theo nhiều cách trong nông nghiệp để cung cấp những thông tin mà chúng có thể là không bảo đảm có được theo bất kỳ phương pháp nào khác:

• 
  Sử dụng phốt pho phóng xạ như nguyên tử đánh dấu đã cho phương pháp xác nhận loại phốt phát mà thỏa mãn một cách tốt nhất cho đất đai và cây trồng.
  
• 
  Cách bón phân phốt pho tốt nhất cho gốc cây, bón theo chiều sâu đất trồng và bón theo thời gian cho năng suất tốt hơn.
  
• 
  Sử dụng những nguyên tố đánh dấu trong phân bón dinh dưỡng, cơ chế của sự quang hợp, bảo vệ thực vật bao gồm hoạt động của thuốc trừ sâu, sự trao đổi chất trong cây, vân vân.
  
• 
  Sự biến đổi phóng xạ được sử dụng vô cùng rộng rãi trong nhiều quốc gia để nâng cao sản lượng, tạo các loại giống cây trồng có chất dinh dưỡng cao hơn, như các giống lạc, lúa, cây xanh v.v.
  
• 
  Xử lý bức xạ cà phê hạt bằng cách sử dụng electrons nhanh, nâng cao chất lượng sản phẩm.
  

Để minh hoạ và những ứng dụng trong nghiên cứu của kỹ thuật hạt nhân, chúng tôi giới thiệu vài nét về nghiên cứu trên Microtron.

Microtron là một máy gia tốc nhằm cấp năng lượng để gia tốc cho các electron. Đó là một thiết bị cyclotron điện tử, trong đó electrons được gia tốc bằng điện trường RF thay đổi theo tần số không đổi trong một từ trường đồng nhất và không đổi. Các electron di chuyển trong quỹ đạo tròn, tất cả các quỹ đạo có cùng một đường tiếp tuyến chung tại trục của lỗ RF gia tốc. Sự đồng bộ chuyển động của electrons với trường RF gia tốc đạt được bằng cách làm cho chu kì của mỗi quỹ đạo kế tiếp lớn hơn so với quỹ đạo trước đó bằng cách lấy tổng bội số chu kỳ của RF.

Microtron cũng được sử dụng như là một nguồn mạnh phát bức xạ hãm (bremsstrahlung) bằng cách bắn electrons nhanh vào bia có Z cao được đặt ở phần cuối của kênh khai thác. Những electrons và bức xạ hãm năng lượng cao đang được sử dụng để thực hiện các nghiên cứu về quang phân hạch, quang phân tích kích hoạt, chiếu xạ các thiết bị bán dẫn, v.v. Microtron cũng được sử dụng như là một phương tiện nguồn neutrons bằng việc thiết lập một thiết bị chuyển đổi neutron ở cuối kênh khai thác và sử dụng phản ứng (γ, n) để sản xuất neutrons. Các neutrons nhiệt với thông lượng lên đến 10⁷n/cm².sec thu được bằng cách sử dụng thiết bị chuyển đổi neutron chế tạo từ đĩa beryllium có độ dày khác nhau. Những neutrons được sử dụng để phân tích kích hoạt neutron cho các mẫu địa chất và môi trường, và cho thử nghiệm chụp ảnh neutron.

Để minh hoạ thêm, thảo luận đôi chút về chiếu xạ các thiết bị bán dẫn. Trong quá trình chiếu xạ, thời gian chiếu có thể được kiểm soát bởi liều bức xạ, mà liều bức xạ có thể được đo một cách chính xác bằng việc kiểm soát cường độ dòng điện tử trong thời gian chiếu xạ. Việc chiếu xạ là nguyên nhân làm giảm thời gian sống của các hạt dẫn thiểu số cũng như thời gian phục hồi ngược trong các thiết bị bán dẫn. Mức độ của sự giảm phụ thuộc vào dạng, năng lượng và thông lượng của bức xạ sử dụng. Việc chiếu xạ cũng sẽ làm tăng độ sụt điện áp tới, một tham số quan trọng trong các thiết bị cao dòng, cao áp. Độ sụt điện áp tới là một yếu tố quan trọng trong các thiết bị năng lượng cao, vì nó sẽ xác định sự tổn hao nhiệt lượng trong thiết bị trong suốt quá trình dẫn điện. Dòng rò là cao hơn trong trường hợp thiết bị kim loại được làm mát so với những thiết bị được chiếu xạ. Điều này chủ yếu là do có các mức sâu vàng hầu hết ở giữa vùng năng lượng cấm silic (0,55eV từ vùng dẫn). Trong thiết bị được chiếu xạ, dòng rò là thấp hơn do có các mức năng lượng tương ứng với các khuyết tật tạo ra gần với vùng dẫn hơn.

Tham số khác của những dụng cụ bán dẫn, giảm được do chiếu xạ, là chất mangphục hồi nghịch (Qrr).Đó làlượng chất mang vượt mức còn lại trong thiết bị thậm chí sau khi nó làm thay đổi trạng thái dẫn dẫn đến trạng thái khóa ngược. Khi một bán dẫn được chiếu xạ với bức xạ năng lượng cao, các khuyết tật hình thành sẽ đóng vai những trung tâm tái hợp và dẫn tới làm giảm hạt mang thừa.

Hầu hết ứng dụng của điôt năng lượng cao yêu cầu sự thay đổi điện áp tối thiểu thành sự sụt điện áp tới với sự thay đổi cực đại trong tích nạp phục hồi nghịch. Điều này có thể được đạt được bằng việc chiếu điôt bằng bức xạ năng lượng cao. Liều chính xác để làm giảm sự tích nạp phục hồi nghịch tới vùng mong muốn tại mức sụt điện áp tới thấp hơn có thể tìm ra được bằng cách chiếu xạ những điôt năng lượng với những liều khác nhau, mọi thiết bị cung cấp cho nghiên cứu này phải có cùng những đặc trưng ban đầu.

Khảo sát sinh vật học phóng xạ 

Các thí nghiệm theo hệ thống được thực hiện để điều tra hiệu ứng bức xạ về đáp ứng những biến đổi sự sống và gene của các tế bào men và những sai lệch nhiễm sắc thể cũng như cảm ứng vi hạch của tế bào bạch huyết (lymphocytes) ngoại vi con người. Trong những nghiên cứu này nỗ lực được tập trung vào những nhân tố biến đổi vật lý và vật lý sinh học như là suất liều chiếu xạ và thời gian chiếu. Hai điểm cuối của di truyền học là sai lệch nhiễm sắc thể (chromosome aberration: CA) và cảm ứng vi hạch (micronucleus induction: MN) trong tế bào bạch huyết (lymphocytes) ngoại vi con người đã được nghiên cứu để tìm ra những ảnh hưởng của suất liều bức xạ electrons 6 MeV và gamma Co-60. Các kết quả được so sánh với phản ứng chiếu xạ chính xác bằng bức xạ Co-60. Các hiệu quả các sinh học tương đối (Relative Biological Effectiveness: RBE) tại các liều khác nhau được tính toán tham chiếu với việc chiếu xạ chính xác bức xạ gamma Co-60. Ba giống saccharomyces cerevisiae lưỡng bội với sự nhạy cảm phóng xạ và các đặc tính di truyền khác nhau được sử dụng cho việc nghiên cứu khả năng sống và biến đổi gene bằng cách sử dụng electrons năng lượng cao và bức xạ gamma Co-60. Các RBE đối với cảm ứng biến đổi gien ở những suất liều khác nhau đã được nghiên cứu tính toán bằng cách so sánh độ dốc của kết quả biến đổi gene với kết quả khi chiếu xạ bằng bức xạ gamma chính xác Co-60.