IAEA đang triển khai một Dự án Nghiên cứu Phối hợp (CRP) mới nhằm tăng cường kiến thức quốc tế và thúc đẩy tiến độ thử nghiệm xử lý lỗ khoan sâu đối với chất thải phóng xạ mức độ trung bình và cao. Tất cả các quốc gia vận hành lò phản ứng hạt nhân, bao gồm cho mục đích phát điện, sản xuất đồng vị, nghiên cứu hoặc các ứng dụng khác cần có khả năng xử lý địa chất đối với nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng và các loại chất thải phóng xạ khác nhau.
Xử lý lỗ khoan sâu (DBD) là khái niệm xử lý chất thải phóng xạ hoạt độ cao từ các lò phản ứng hạt nhân trong các lỗ khoan cực sâu vào lòng đất thay vì trong các kho lưu giữ truyền thống được xây dựng như hầm mỏ. DBD sẽ đặt chất thải ở độ sâu khoảng 05 km (3 dặm) bên dưới bề mặt Trái đất và chủ yếu dựa vào độ dày của lớp địa chất tự nhiên để cách ly chất thải khỏi sinh quyển một cách an toàn trong khoảng thời gian rất dài, không gây ra mối đe dọa cho con người và môi trường. Khái niệm này ban đầu được phát triển vào những năm 1970, nhưng vào năm 2014, đề xuất về lỗ khoan thử nghiệm đầu tiên đã được đưa ra bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia. Chất thải sẽ được đưa vào sâu trong lòng đất khoảng một dặm trong lỗ khoan lớp đá kết tinh để cách ly nó với môi trường. Hai dặm phía trên của lỗ khoan sẽ được lấp đầy bằng các lớp bảo vệ bao gồm nhựa đường, bentonit, bê tông và đá nghiền nhằm bảo vệ môi trường và lỗ sẽ được lót bằng vỏ thép.
Phương pháp này được quốc tế công nhận và được gọi là phương pháp xử lý trong kho lưu trữ địa chất (DGR). Phần Lan là quốc gia chuẩn bị thực hiện DGR đầu tiên trên thế giới và một số quốc gia khác đang thúc đẩy các chương trình DGR. Stefan Mayer, một chuyên gia về xử lý chất thải phóng xạ tại IAEA cho biết: “Một số quốc gia muốn tìm hiểu xem liệu việc xử lý bằng lỗ khoan sâu có phù hợp với lưu trữ chất thải của họ hay không”. DBD được xem là việc xử lý trong một thành tạo địa chất ổn định ở độ sâu vài km vào đá gốc, lỗ khoan phía trên khu vực xử lý sẽ được bịt và bịt kín ở độ cao vài km. Độ sâu và chiều cao thay thế của khu vực xử lý cũng được xem xét và thiết kế cụ thể phụ thuộc vào khối lượng và tính chất của chất thải phóng xạ, cũng như vào các tính chất của địa điểm được chọn để xử lý bằng lỗ khoan.
Minh họa sơ đồ xử lý lỗ khoan sâu vào nền đá (Nguồn: Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia, Báo cáo SNL SAND2019-1915, 2019)
Chất thải hoạt độ cao như nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, sẽ được niêm phong trong các thùng thép và hạ xuống lỗ khoan, lấp đầy một hoặc hai km từ đáy lỗ. Công nghệ hiện tại giới hạn đường kính của lỗ khoan dưới 50 cm (20 in). Điều này có nghĩa là một số chất thải hiện được chứa trong các thùng chứa lớn sẽ cần được đóng gói lại trong các thùng chứa nhỏ hơn. Phần còn lại của lỗ khoan sau đó được bịt kín bằng các vật liệu thích hợp, bao gồm đất sét, xi măng, đá dăm và nhựa đường, để đảm bảo rào cản có độ thẩm thấu thấp giữa chất thải và bề mặt đất. Trong một số trường hợp, chất thải có thể được bao quanh bởi vữa xi măng hoặc đệm bentonite được nén chặt để cải thiện khả năng ngăn chặn và giảm tác động từ chuyển động của đá lên tính toàn vẹn của thùng chứa.
Khi chất thải phân hủy và nguội đi, vùng nóng chảy sẽ đông cứng lại, tạo thành một chiếc quách bằng đá granit rắn chắc xung quanh các thùng chứa, chôn vùi chất thải lâu dài. Các điều kiện khử hóa học tiếp giáp với lỗ khoan sẽ làm giảm sự vận chuyển của hầu hết các hạt nhân phóng xạ. Phương pháp DBD có thể được áp dụng cho mọi lượng chất thải. Đối với các quốc gia không phụ thuộc vào nhà máy điện hạt nhân, toàn bộ kho chứa chất thải hạt nhân hoạt độ cao có thể được xử lý trong một lỗ khoan duy nhất và trong nhiều thập kỷ có thể xử lý với ít hơn 10 lỗ khoan. Người ta ước tính rằng chỉ 800 lỗ khoan là đủ để lưu trữ toàn bộ chất thải hạt nhân hiện có của Hoa Kỳ.
Sơ đồ quy trình tiến hành lưu giữ chất thải phóng xạ bằng phương pháp DBD
Các chương trình DBD có thể bị chấm dứt bất cứ lúc nào mà ít tổn thất đầu tư vì mỗi lỗ khoan là độc lập. Bản chất mô-đun của DBD phù hợp với việc xử lý chất thải hạt nhân trong khu vực lớn hoặc tại chỗ. Một điểm hấp dẫn khác của DBD là các lỗ có thể được khoan và chất thải được thải ra bằng cách sử dụng các công nghệ khoan dầu hiện có. Tác động môi trường là rất nhỏ. Cơ sở xử lý chất thải ở ngay khu vực khoan, cộng với vùng đệm an ninh tạm thời sẽ chỉ cần khoảng một kilômét vuông. Khi lỗ khoan được lấp đầy và bịt kín, đất có thể trở lại tình trạng nguyên sơ ban đầu.
Từ khóa: Xử lý chất thải phóng xạ; xử lý lỗ khoan sâu; DBD; nhiên liệu hạt nhân;
– CMD&DND –
