Onkalo: kho chứa chất thải hạt nhân sâu dưới lòng đá ở Phần Lan

Onkalo là kho chôn cất vĩnh viễn nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, đào sâu khoảng 400 đến 450 m trong đá gốc trên đảo Olkiluoto, bờ tây Phần Lan. Công ty Posiva xây kho này để đặt những hộp đồng chứa nhiên liệu vào lòng đá, chèn đất sét quanh từng hộp, rồi lấp kín và để yên trong hàng chục nghìn năm. Đây là kho đầu tiên trên thế giới đi tới giai đoạn chạy thử cho loại chất thải phóng xạ mạnh nhất mà con người tạo ra.

Onkalo là gì và nằm ở đâu

Chữ onkalo trong tiếng Phần Lan nghĩa là "hốc", "hang". Kho nằm cạnh nhà máy điện hạt nhân Olkiluoto, thuộc đô thị Eurajoki. Chủ đầu tư là Posiva, công ty do hai đơn vị vận hành điện hạt nhân của Phần Lan là TVO và Fortum cùng sở hữu. Nhiên liệu sẽ được đưa tới đây từ hai nhà máy điện của nước này: Olkiluoto và Loviisa.

Đá ở Olkiluoto là đá kết tinh rất cổ, chủ yếu là gneiss, đã nằm ổn định hơn một tỷ năm. Lý do chọn đá gốc thay vì đất sét hay muối nằm ở chỗ: đá cứng giữ được đường hầm, nước ngầm ở độ sâu vài trăm mét chảy rất chậm và nghèo oxy, mà oxy chính là thứ làm kim loại bị ăn mòn.

Các mốc chính

• Thập niên 1980: Phần Lan bắt đầu tìm chỗ chôn chất thải lâu dài, khảo sát nhiều vùng đá khác nhau.
• 2000 – 2001: Chính phủ ra quyết định nguyên tắc chọn Eurajoki, quốc hội phê chuẩn năm 2001. Hội đồng địa phương Eurajoki đã đồng ý trước đó.
• 2004: Bắt đầu đào đường hầm nghiên cứu dưới lòng đất, chính là phần lõi của Onkalo ngày nay.
• 2015: Chính phủ cấp giấy phép xây dựng kho.
• 2021: Posiva nộp hồ sơ xin giấy phép vận hành.
• 2024: Bắt đầu chạy thử toàn bộ quy trình bằng hộp không chứa nhiên liệu thật.

Thời điểm nhận lô nhiên liệu thật đầu tiên phụ thuộc vào giấy phép vận hành. Người muốn biết tình trạng mới nhất nên xem trang chính thức của Posiva và cơ quan an toàn bức xạ Phần Lan STUK, vì mốc này đã được điều chỉnh vài lần.

Thứ được cất giữ nguy hiểm tới mức nào

Nhiên liệu đã qua sử dụng là những thanh gốm urani oxit bọc trong ống kim loại, sau vài năm trong lò thì chứa đầy các sản phẩm phân hạch và nguyên tố nặng. Vừa lấy ra khỏi lò, chúng vừa nóng vừa phát bức xạ rất mạnh. Đứng sát một bó nhiên liệu như vậy mà không có che chắn thì liều nhận được đủ gây tử vong trong thời gian ngắn. Vì thế mọi thao tác với nhiên liệu đều làm dưới nước, sau tường dày, hoặc bằng máy điều khiển từ xa.

Điều quan trọng là độ phóng xạ giảm rất nhanh trong vài chục năm đầu, rồi giảm chậm dần. Nhiên liệu được để nguội trong bể nước ở nhà máy hàng chục năm trước khi đóng hộp. Theo cách tính thường được các cơ quan hạt nhân dùng, phải mất cỡ 100.000 năm thì độ độc phóng xạ của nó mới giảm về mức tương đương lượng quặng urani ban đầu. Con số đó giải thích vì sao các kho kiểu này được thiết kế cho quãng thời gian dài hơn toàn bộ lịch sử chữ viết.

Để có thước đo: người Phần Lan trung bình nhận khoảng 6 mSv (millisievert) mỗi năm từ phông bức xạ tự nhiên, phần lớn do khí radon trong nhà, theo số liệu của STUK. Quy định Phần Lan đặt giới hạn liều hằng năm từ kho chôn cho người bị ảnh hưởng nhiều nhất là 0,1 mSv, tức một phần nhỏ của phông tự nhiên. Kho được tính toán để không bao giờ chạm ngưỡng ấy, kể cả trong những kịch bản xấu được giả định.

Năm lớp hàng rào giữ chất thải

Onkalo dùng phương pháp gọi là KBS-3, do Thuỵ Điển phát triển từ cuối thập niên 1970. Ý tưởng cốt lõi là nhiều lớp hàng rào độc lập: lớp nào hỏng thì lớp khác vẫn giữ. Không lớp nào được kỳ vọng hoàn hảo một mình.

Hộp đồng dài khoảng 3,5 đến hơn 5 m tuỳ loại nhiên liệu, nặng vài chục tấn khi đã nạp. Mỗi hộp được thả xuống một hố khoan thẳng đứng ở sàn đường hầm, khối bentonite chèn quanh. Khi một đoạn hầm đầy, người ta lấp bằng hỗn hợp sét rồi bịt đầu hầm. Theo kế hoạch của Posiva, kho nhận chất thải trong khoảng một trăm năm, sau đó toàn bộ lối vào được lấp kín và không cần ai trông coi.

Vì sao lại là đất sét

Bentonite là loại sét có khoáng montmorillonite, hút nước và nở ra nhiều lần thể tích. Khi bị nén trong hố, nó không nở được nên tạo áp lực, ép chặt vào vỏ đồng và vách đá. Nước khi đó không còn chảy, chất hoà tan chỉ có thể khuếch tán từng chút. Sét còn bám giữ nhiều loại ion phóng xạ trên bề mặt hạt. Nói gọn: đá giữ hầm, đồng giữ nhiên liệu, sét giữ nước.

Thiết kế cho cả kỷ băng hà tới

Điểm làm Onkalo khác mọi công trình thường là thang thời gian. Bắc Âu đã bị băng phủ nhiều lần trong vài trăm nghìn năm qua; lần gần nhất tan cách nay khoảng hơn 10.000 năm, và mặt đất Phần Lan đến nay vẫn còn đang nâng lên vì được "nhẹ gánh". Hồ sơ an toàn của Posiva phải tính đến việc một lớp băng dày hàng km có thể lại phủ lên Olkiluoto, kéo theo áp lực lớn, nước tan chảy theo khe nứt, động đất do vỏ Trái Đất điều chỉnh và băng vĩnh cửu ăn sâu xuống đất.

Cách người ta trả lời câu hỏi "100.000 năm sau ra sao" không phải bằng phép đoán mà bằng nhiều mảnh bằng chứng ghép lại:

• Thí nghiệm ăn mòn đồng và gang trong nước ngầm mô phỏng, đo tốc độ rất chậm rồi ngoại suy có biên an toàn.
• Tương tự tự nhiên: có những mỏ đồng tự sinh và mỏ urani nằm trong đá hàng triệu năm mà vật chất không lan xa. Lò phản ứng hạt nhân tự nhiên ở Oklo (Gabon), hoạt động khoảng hai tỷ năm trước, cho thấy nhiều sản phẩm phân hạch đã gần như nằm yên tại chỗ.
• Mô hình dòng nước ngầm dựa trên hàng trăm lỗ khoan và phép đo trong chính đường hầm.
• Tuổi nước ngầm: nước ở sâu tại Olkiluoto có thành phần cho thấy đã ở đó rất lâu, nghĩa là nó không bị nước mặt thay thế nhanh.

Phần Lan làm được, nhiều nước vẫn đang tìm

Gần như mọi nước có điện hạt nhân đều đồng ý trên giấy rằng chôn sâu trong địa tầng là giải pháp lâu dài. Khó khăn thật nằm ở chuyện tìm một cộng đồng chấp nhận. Phần Lan thành công phần lớn nhờ quy trình chậm, minh bạch và trao cho địa phương quyền phủ quyết. Eurajoki đã sống cạnh nhà máy điện hạt nhân nhiều thập kỷ, nên người dân quen với ngành này hơn nơi khác.

Thuỵ Điển chọn Forsmark, cũng dùng phương pháp KBS-3, và được chính phủ chấp thuận năm 2022. Pháp theo đuổi dự án Cigéo trong lớp đá sét ở Bure. Thuỵ Sĩ đã đề xuất vùng Nördlich Lägern. Mỹ có kho WIPP trong lớp muối ở New Mexico, nhưng kho đó chỉ nhận một loại chất thải khác, không nhận nhiên liệu từ nhà máy điện; còn dự án núi Yucca dành cho nhiên liệu thì đã đình trệ nhiều năm.

Góc nhìn hôm nay: Onkalo dạy ta điều gì

Onkalo là một bài tập hiếm thấy về tư duy dài hạn. Người thiết kế phải chấp nhận rằng không ai có thể kiểm tra kết quả, nên toàn bộ công trình được xây trên nguyên tắc "đừng dựa vào con người". Kho không cần điện, không cần bơm, không cần lính gác. An toàn đến từ địa chất và vật liệu, không đến từ việc thế hệ sau nhớ mà trông coi.

Câu hỏi khó hơn là có nên đánh dấu nơi này cho người tương lai hay không. Đánh dấu thì có thể khiến ai đó tò mò đào lên; không đánh dấu thì có thể có người vô tình khoan trúng. Ở Phần Lan, câu hỏi này vẫn còn được bàn, bên cạnh việc chắc chắn phải lưu hồ sơ thật kỹ ở nhiều nơi; bài về biển cảnh báo 10.000 năm trong danh mục này kể kỹ hơn.

Muốn tìm hiểu tiếp, có thể xem phim tài liệu Into Eternity (2010) của Michael Madsen, quay ngay trong đường hầm Onkalo, và đọc tài liệu công khai trên trang của Posiva, nơi có cả bản tóm tắt hồ sơ an toàn. Trang của STUK có giải thích dễ hiểu về các đơn vị liều bức xạ, giúp đọc tin tức hạt nhân mà không bị số liệu làm hoang mang.