Triti (ký hiệu ³H hoặc T) là đồng vị phóng xạ của hydro, có 1 proton và 2 neutron. Triti phát xạ beta yếu (Eₘₐₓ≈18.6 keV) và phân rã thành Helium-3 với chu kỳ bán rã 12,33 năm. Dưới dạng HTO (nước triti hoá), nó hoà tan hoàn toàn trong nước, có đặc tính hoá học như nước thường và rất khó tách bằng lọc thông thường. Triti tồn tại tự nhiên do tia vũ trụ tương tác khí quyển (~6×10⁴ TBq/năm), đồng thời sinh ra nhiều trong các hoạt động hạt nhân: lò phản ứng hạt nhân, tái chế nhiên liệu hạt nhân, sản xuất vũ khí hạt nhân.
Triti được sinh ra từ tương tác của tia vũ trụ với nitơ trong tầng khí quyển. Mỗi năm khoảng 6×10⁴ TBq triti phát sinh tự nhiên (gấp nhiều lần so với triti do hoạt động hạt nhân). Trong lò phản ứng phân hạch, triti chủ yếu sinh ra từ: Phân hạch tam phân (ternary fission): khoảng 96% triti trong lò PWR/BWR là sản phẩm phân hạch tam phân của U-235 và Pu-239. Đánh giá cho thấy mỗi MWe của lò PWR tạo ra ~8×10^11 Bq triti mỗi năm (tương đương ~0.8×10^15 Bq trên Gwe.năm). Lò BWR sinh triti tương tự hoặc cao hơn (1.1×10^12 Bq/Mwe.năm). Trong lò PWR, người ta hoà tan bo (Boron-10) dưới dạng axit bo trong nước làm mát để điều hoà phản ứng. Khoảng 30% triti trong lò BWR sinh ra do neutron tương tác với B-10 trong thanh điều khiển. Do đó, lò BWR có tỷ lệ phát thải triti cao hơn PWR. Các neutron còn có thể tác động lên nguyên tố Li, tạo thêm triti.
Với lò nặng CANDU (Canada) hoặc các hệ thống dùng D₂O, hạt nhân deuteri dễ bắt neutron và sinh triti. Nước nặng là nguồn triti chính (có thể lên đến ~8,8% triti thoát ra môi trường theo thiết kế). Đó là lý do các lò CANDU tạo ra lượng triti rất lớn – khoảng 2 kg/năm cho cả Canada (với mỗi tổ máy ~130 g/năm). Triti tích tụ trong nhiên liệu đã qua sử dụng và nước thải tái xử lý. Các cơ sở tái chế nhiên liệu phóng thích triti rất lớn (ví dụ, cơ sở tái xử lý La Hague ở Pháp thải ~11.400 TBq triti vào năm 2018, tức gấp hàng chục lần tổng lượng dự kiến xả từ Fukushima).
Biểu đồ minh họa lượng triti thải ra mỗi năm giữa một số quốc gia.
Triti dưới dạng HTO (nước triti hoá) phân bố nhanh trong môi trường nước, không giữ lại nhiều trong đất hay sinh vật. Do triti hoá học giống hệt hydro, nên không thể lọc hay keo tụ nó trong nước bằng công nghệ thông thường. Việc thải triti vào nước hồ chứa hay biển dẫn đến pha loãng, làm giảm nồng độ phơi nhiễm. Độ dẫn điện riêng của nước biển cho phép pha loãng nồng độ triti từ hàng trăm nghìn Bq/L (trong bể) xuống dưới 10 Bq/L tại khoảng cách vài km từ nguồn thải.
Khi vào cơ thể sinh vật, triti chủ yếu dưới dạng triti nước (HTO). Hầu hết triti uống hoặc hít vào sẽ xuất theo nước tiểu trong vài ngày. Nửa lượng triti sẽ thải ra ngoài sau khoảng 10 ngày và chỉ ~10% triti được giữ lại dưới dạng liên kết hữu cơ (OBT – tỷ lệ có thời gian bán thải lâu hơn, ~40 ngày). OBT tích tụ trong sinh vật và chuỗi thức ăn lâu hơn nên tính phơi nhiễm với OBT cao gấp ~10 lần so với HTO đơn thuần. Tuy nhiên, do OBT chỉ chiếm phần rất nhỏ so với toàn bộ triti, nên hầu hết liều phóng xạ đến từ HTO và chỉ số lượng nhỏ từ OBT. Triti phát xạ beta rất yếu (bước sóng beta không xuyên da), do đó, mức độ nguy hại tương đối thấp. Uống 1 µCi (37 kBq) nước nhiễm triti chỉ gây liều ~0.21 mrem cho toàn cơ thể (gần 2 µSv), tức rất nhỏ. Đa số nghiên cứu và cơ quan quản lý đánh giá mức phơi nhiễm triti từ nhà máy điện hạt nhân là cực kỳ thấp. Theo Cơ quan năng lượng hạt nhân Hoa Kỳ (NEI), chưa từng có triti từ nhà máy điện hạt nhân vượt giới hạn an toàn và đều không gây nguy hại sức khỏe cộng đồng. Cơ quan Quản lý hạt nhân Hoa Kỳ (NRC) chỉ ra: uống nước chứa 1600 pCi/L triti trong 1 năm chỉ sinh liều 0.3 mrem (3 µSv) – thấp hơn đến nghìn lần liều từ một lần chụp CT toàn thân. Ở Canada, mức triti cao nhất đo được tại các giếng nước gần NPP chỉ là ~18 Bq/L (so với ngưỡng WHO/CNSC 7000 Bq/L) và liều hằng năm tương ứng chưa đáng kể. Với nồng độ triti loãng trong nước thải phóng xạ của nhà máy điện hạt nhân (thường dưới 100 Bq/L sau pha loãng), các chuyên gia cho rằng tác động lên sinh vật biển là gần như không đáng kể. Tuy nhiên, vẫn có quan ngại về OBT và bioaccumulation, nhưng cho đến nay, không có bằng chứng thực tiễn về tác động từ triti
Giới hạn Triti trong nước uống theo quốc gia
| Quốc gia | Giới hạn (Bq/L) | Cơ quan quản lý |
| WHO | 10.000 | Tổ chức Y tế Thế giới |
| Mỹ (EPA) | 740 | Environmental Protection Agency |
| Nhật Bản | 60.000 | Cơ quan Pháp quy Hạt nhân Nhật Bản NRA |
Khả năng xử lý loại bỏ triti từ nước thải hạt nhân là thách thức lớn, vì HTO hoá học giống hệt H₂O. Các hệ thống lọc, keo tụ tiêu chuẩn không thể tách triti được. Hiện tại, việc tiếp cận phổ biến là pha loãng và lưu trữ cho đến khi triti phân rã, hoặc thải vào môi trường biển theo tiêu chuẩn an toàn. Chẳng hạn, nhà máy xử lý nước Fukushima dùng ALPS (Advanced Liquid Processing System) loại bỏ gần như tất cả đồng vị trừ trit.
Xử lý nước lò phản ứng Fukushima (ALPS) loại bỏ đa đồng vị phóng xạ (kể cả Cs, Sr, I, Co…), tuy nhiên triti (HTO) vẫn còn lại trong nước.
Ngoài ALPS, một số phương pháp chuyên biệt đã được phát triển cho tách triti ở quy mô nhỏ hoặc thí điểm, chủ yếu dùng trong các lò nặng (D₂O):
– Hoá hơi kết tinh (Cryogenic distillation): Làm lạnh đến rất thấp để tách HTO và H₂O nhờ nhiệt độ sôi khác nhau. Đây là công nghệ cốt lõi cho các cơ sở tách triti lò nặng. Ví dụ, nhà máy Cernavoda (Romania) dùng distillation kết hợp trao đổi xúc tác lỏng để lọc triti từ D₂O. Tuy nhiên, cryogenic rất tốn năng lượng và đắt.
– Trao đổi xúc tác (LPCE, CECE): Dẫn nước có triti qua bề mặt xúc tác hoặc màng đặc biệt (LPCE: Liquid Phase Catalytic Exchange), kết hợp với điện phân (CECE: Combined Electrolysis Catalytic Exchange). Các công nghệ này cho hiệu số phân tách cao, đặc biệt CECE – tích hợp điện phân với trao đổi xúc tác – rất hiệu quả với nước triti nồng độ cao. Tuy nhiên, điện phân đòi hỏi năng lượng rất lớn, nên thường chỉ sử dụng với nước triti đậm đặc.
– Màng graphene: Công nghệ mới nghiên cứu tại Hàn Quốc (POSTECH) dùng màng graphene ở nhiệt độ phòng để tách theo nguyên lý ion migration: chỉ H⁺ (đại phân tử nước) đi qua dễ dàng, còn D, T bị giữ lại.
Với quy mô và nồng độ của nước thải chứa triti (vài chục đến vài trăm Bq/L sau pha loãng), chưa có công nghệ thương mại nào xử lý hoàn toàn được triti trong nước thải. Việc thực tế áp dụng chủ yếu là cô đặc/pha loãng và thải vào biển theo tiêu chuẩn quản lý.
Quá trình quản lý triti tại mỗi nước phản ánh công nghệ và hoàn cảnh khác nhau:
- Nhật Bản: Do hậu quả sự cố Fukushima, Nhật Bản đưa ra kế hoạch xả 1,25 triệu tấn nước ALPS đã xử lý vào Thái Bình Dương trong 30 năm. Nước này đã giám sát nghiêm ngặt, cam kết pha loãng đến ≤1500 Bq/L trước khi thải (dưới ngưỡng 60.000 Bq/L) và được IAEA đánh giá “đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn”. Nhật Bản cũng có trạm phát xạ triti tự nhiên rất thấp (~0,1 μSv/năm qua ăn cá sau pha loãng).
- Pháp: Nhà máy tái chế La Hague thải triti lớn nhất thế giới (11400 TBq năm 2018) – con số này lớn hơn tổng triti Fukushima định thải trong 30 năm. Pháp cam kết OSPAR giảm thải, nhưng quan sát độc lập (ACRO) cho thấy nồng độ triti dọc bờ biển Manche vẫn cao gấp 100 lần nền. Pháp chưa thực hiện các kỹ thuật giảm triti (ví dụ vẫn chưa dùng hệ thống tách triti kiểu CANDU).
- Mỹ: Các NPP Mỹ xả triti với nồng độ rất thấp. Không có NPP thương mại nào thải triti vượt quy chuẩn của EPA (740 Bq/L). Ngoài ra, hai lò Watts Bar (TVA) và lò của NNSA (Watts Bar) sản xuất ~2 kg triti/năm (dùng cho vũ khí hạt nhân); phần lớn triti công nghiệp ở Mỹ là cho quốc phòng. Cơ quan NRC và EPA giám sát nghiêm ngặt, không có vụ thải triti bất thường lớn trong lịch sử.
- Canada: Với các lò CANDU, Canada là nước tích cực xử lý triti. Các nhà máy CANDU thường được trang bị Triti Removal Facility (LPCE + Cryogenic) để lọc phần lớn triti trong D₂O trước khi tái sử dụng. Ngoài ra, Canada đặt ngưỡng an toàn tương đối nghiêm ngặt: nước uống gần NPP chỉ ở mức vài chục Bq/L (dưới 7.000 Bq/L) và yêu cầu ALARA cho chất thải triti.
- Trung Quốc: Trung Quốc tuân thủ tiêu chuẩn xả thải chung quốc tế. Theo giới chuyên gia Trung Quốc, triti sinh ra chủ yếu phát thải hết (không công nghệ loại bỏ) và luôn ở dưới giới hạn an toàn, “không có bất thường gì”. Trên thực tế, báo Guardian dẫn số liệu cho thấy Nhà máy Fuqing (Trung Quốc) thải triti ra biển nhiều gấp ~3 lần kế hoạch xả của Fukushima (Fukushima dự kiến ~22 TBq/năm, Fuqing ~67 TBq/năm); tương tự, Hàn Quốc với lò Kori cũng ở mức tương đương. Tuy vậy, các giới chức y tế Trung Quốc khẳng định đó là thải bình thường và dưới giới hạn. Hiện Trung Quốc giám sát chặt nồng độ triti trong nước biển và thủy sản, chưa ghi nhận vượt ngưỡng quy định.
- Hàn Quốc và khu vực Đông Bắc Á: Hàn Quốc có 6 lò phản ứng, cũng áp dụng giám sát triti nghiêm ngặt. Nóng điểm so sánh quốc tế là tranh cãi về nước Fukushima xả; truyền thông Trung Quốc – Hàn Quốc chỉ trích Nhật (so sánh với số liệu Pháp, Trung Quốc) nhưng giới chuyên gia và IAEA đều xác nhận mức độ an toàn.
Từ khóa: tritium;
– CMD –
