Tập đoàn Năng lượng hạt nhân Nhà nước Nga (Rosatom) thông tin mới nhất vào 4/2026, Nga đang tiến đến những cột mốc quan trọng trong hành trình thiết lập Chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín và tối đa hóa việc sử dụng năng lượng chứa trong uranium tự nhiên.
Kỹ sư Nga trong quá trình chế tạo các cụm nhiên liệu hạt nhân mới. Ảnh: Rosatom
Bộ phận Nhiên liệu của Rosatom (TVEL) của Rosatom liên tục cải tiến nhiên liệu để nâng cao độ an toàn và kiến tạo nhiều đột phá cho lĩnh vực hạt nhân tương lai.
Trước đó vào tháng 9/2025, Tổng thống Nga Vladimir Putin tuyên bố nước này sẽ xây dựng nhà máy điện hạt nhân chu trình nhiên liệu khép kín đầu tiên trên thế giới tại Vùng Tomsk. Cho đến nay, chưa có quốc gia nào thành công trong việc biến chất thải phóng xạ thành nguồn nhiên liệu mới.
Nga nắm "át chủ bài" chu trình nhiên liệu hạt nhân mới: Gần tới đích
Hầu hết các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới hiện nay hoạt động theo kiểu một chiều: Uranium vào, chất thải phóng xạ ra, rồi chôn vĩnh viễn.
Chu trình này tốn kém, lãng phí, và để lại gánh nặng cho môi trường và sức khỏe con người trong hàng nghìn/thậm chí hàng chục nghìn năm sau do quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ mất rất nhiều thời gian.
Nga đang theo đuổi một hướng khác — Chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín: Tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng, dùng lại, giảm thiểu chất thải. Nghe như viễn tưởng, nhưng theo những kết quả vừa công bố, họ đang rất gần hiện thực hóa điều đó.
01. Nhiên liệu MUPN cho "kỳ quan hạt nhân " của Nga
Song song với đó, các nhà khoa học thuộc bộ phận nhiên liệu của Rosatom vừa phát triển được phương pháp thương mại hóa để sản xuất đồng vị nitơ-15 — thành phần cốt lõi của nhiên liệu nitride uranium-plutonium thế hệ mới (MUPN).
Nitơ-15 có đặc tính đặc biệt đó là hầu như không hấp thụ neutron, giúp giữ nhiều neutron hơn trong lõi lò, từ đó giảm lượng nhiên liệu cần nạp và hạn chế sinh ra carbon-14 — một đồng vị phóng xạ không mong muốn.
Loại nhiên liệu này dự kiến sẽ được sử dụng trong Lò phản ứng neutron nhanh BREST-OD-300 thuộc dự án Proryv (Đột Phá) của Nga - "kỳ quan hạt nhân " thế giới chưa nước nào có.
Cụm nhiên liệu hạt nhân MUPN đầu tiên Nga chế tạo thành công. Ảnh: Rosatom
BREST-OD-300 là cụm viết tắt của Lò phản ứng an toàn tự nhiên nhanh - Thí điểm toàn diện - Công suất 300 MWe.
Khi đi vào vận hành năm 2028 hoặc 2029 nó sẽ là lò hạt nhân đầu tiên trên thế giới sử dụng chất làm mát bằng chì – một công nghệ lò phản ứng nhanh thế hệ IV (Gen IV) đột phá, mới nhất của Nga và thế giới.
Lò BREST-OD-300 sẽ sử dụng nhiên liệu nitride hỗn hợp uranium-plutonium (MNUP) – dày đặc hơn nhiên liệu MOX thông thường, cho phép đốt cháy hiệu quả uranium-238 và cả các actinide nhỏ, giảm thể tích chất thải phóng xạ dài hạn xuống mức tối thiểu.
02. Nhiên liệu chịu sự cố ATF — lớp bảo vệ mới cho lò phản ứng
Nhà máy điện hạt nhân Rostov vừa hoàn thành thử nghiệm dài hơi với loại Nhiên liệu chịu sự cố (ATF — Accident Tolerant Fuel).
Tên gọi này nói lên tất cả: Đây là nhiên liệu được thiết kế để trụ vững ngay cả trong những sự cố ngoài thiết kế — tức là những tình huống tệ hơn cả những gì nhà máy được xây dựng để chịu đựng.
Các thanh nhiên liệu thử nghiệm được nạp vào lò phản ứng VVER-1000 từ năm 2021, trải qua 3 chu kỳ vận hành kéo dài 18 tháng mỗi chu kỳ — tổng cộng hơn 4 năm liên tục.
Điểm mấu chốt của vật liệu mới này là lớp vỏ bọc thanh nhiên liệu làm từ hợp kim zirconium phủ crom sẽ ngăn chặn hoặc làm chậm đáng kể phản ứng hơi nước-zirconium khi xảy ra sự cố — đây chính là phản ứng từng gây thảm họa Fukushima.
Nhưng còn một lợi ích ít ai ngờ tới - lớp phủ crom này cho phép tự động hóa hoàn toàn dây chuyền sản xuất nhiên liệu — điều kiện bắt buộc để sản xuất hàng loạt nhiên liệu tái chế trong tương lai.
03. Nhiên liệu REMIX — tái sinh từ "rác hạt nhân"
Tại nhà máy Balakovo (Balakovo NPP), một thử nghiệm khác vừa hoàn thành sau gần 10 năm nghiên cứu tích lũy: Nhiên liệu REMIX.
Ảnh minh họa về cụm nhiên liệu hạt nhân.
REMIX không dùng uranium khai thác mới, mà được chế tạo từ hỗn hợp uranium và plutonium tái chế từ chính nhiên liệu đã qua sử dụng của các lò VVER. Nói đơn giản, rác hạt nhân được "nấu lại" thành nhiên liệu mới.
Sáu bó nhiên liệu REMIX được đưa vào lò từ cuối 2021, cũng hoàn thành 3 chu kỳ 18 tháng mà không có bất kỳ sai lệch nào so với thiết kế. Những bó nhiên liệu cuối cùng được rút ra khỏi lò vào tháng 3/2026, hiện đang được làm nguội trước khi chuyển đến Viện nghiên cứu Lò phản ứng Nguyên tử Dimitrovgrad để phân tích sau chiếu xạ.
Mục tiêu tiếp theo của Rosatom là nạp lò VVER bằng nhiên liệu uranium-plutonium chứa tới 5% plutonium — bước cuối cùng để hoàn thiện dòng sản phẩm cho chu trình nhiên liệu cân bằng.
“Nghiên cứu của chúng tôi về nhiên liệu cho lò phản ứng nhanh bao gồm cả nhiên liệu tiên tiến và vật liệu cấu trúc, công nghệ chế tạo nhiên liệu uranium-plutonium, và các giải pháp tái chế. Tất cả những phát triển này đều nhằm mục đích đảm bảo an ninh năng lượng và an toàn môi trường trong khuôn khổ phát triển bền vững, mở rộng tối đa nguồn tài nguyên cho các nhà máy điện hạt nhân, đồng thời giảm thiểu chất thải phóng xạ và nhiên liệu đã chiếu xạ” - Alexander Ugryumov, Phó Chủ tịch cấp cao phụ trách Nghiên cứu và Phát triển tại TVEL, giải thích.
Nga không phải nước đầu tiên nghiên cứu chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín — Pháp, Nhật, Mỹ đều đã và đang theo đuổi hướng này từ nhiều thập kỷ.
Tuy nhiên, Nga đang dẫn đầu ở một khía cạnh cụ thể hơn: Tích hợp đồng thời cả lò neutron nhiệt (VVER) lẫn lò neutron nhanh (BREST) vào một chu trình khép kín hoàn chỉnh — trong đó lò nhanh BREST "đốt" chất thải từ lò nhiệt VVER. Đây là tham vọng mà chưa nước nào hiện thực hóa ở quy mô thương mại.
Nếu Nga thành công, đây sẽ là lần đầu tiên trên thế giới một chu trình như vậy hoạt động thực sự — không phải trong phòng thí nghiệm, mà trong nhà máy điện thật sự.
