Chương trình điện hạt nhân tham vọng & hành động quyết liệt
Năm 2008, UAE đã quyết định lựa chọn con đường hạt nhân và bắt đầu xây dựng chương trình điện hạt nhân đầy tham vọng sau khi ban hành chính sách “Đánh giá và tiềm năng phát triển năng lượng hạt nhân vì mục đích hòa bình” nhằm đạt được 25% tỷ trọng đóng góp của điện hạt nhân vào tổng sản lượng điện sản xuất năm 2030 và góp phần đạt mục tiêu Net Zero của UAE vào năm 2050. Là một quốc gia mới trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân, chưa có cơ sở hạ tầng và năng lực hạt nhân trước đó, UAE đã chứng minh có thể thực hiện thành công chương trình phát triển điện hạt nhân trong khoảng thời gian 15 năm bắt đầu từ việc triển khai cơ sở hạ tầng đến vận hành thương mại nhà máy.
UAE đã ban hành luật năng lượng hạt nhân vào năm 2009 và ký hợp đồng với KEPCO để xây dựng 4 tổ máy APR1400 (công nghệ lò phản ứng nước áp lực với công suất phát điện 1400 Mwe mỗi tổ). Tháng 7 năm 2012, nhà máy điện hạt nhân Barakah (BNPP) nằm bên bờ biển cách Thủ đô Abu 250 km về phía Tây bắt đầu được xây dựng. Chín năm sau, vào tháng 4 năm 2021, tổ máy đầu tiên đi vào vận hành thương mại, tiếp theo đó liên tiếp tổ máy số 2 và số 3 đi vào vận hành thương mại tháng 3 năm 2022 và tháng 2 năm 2023. Tháng 9 năm 2024, tổ máy số 4 đã chính thức vận hành thương mại.
Có thể thấy mục tiêu đầy tham vọng của UAE đã đạt được thông qua việc thiết lập hệ thống pháp quy hạt nhân, xây dựng năng lực cũng như quản lý dự án công nghiệp hiệu quả để đảm bảo thực hiện dự án một cách tối ưu. Điều quan trọng cần nhấn mạnh là UAE đã tuân thủ chặt chẽ các dấu mốc quan trọng trong quá trình phát triển cơ sở hạ tầng theo khuyến cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và được hỗ trợ đắc lực của nhiều quốc gia tổ chức trong các lĩnh vực khác nhau của cơ sở hạ tầng hạt nhân.
Vai trò của các Trường Đại học trong xây dựng năng lực hạt nhân
Các trường đại học đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng năng lực hạt nhân của một quốc gia, từ việc triển khai các chương trình đào tạo đại học nhằm phát triển ươm mầm các chuyên gia hạt nhân trong tương lai, xây dựng năng lực sâu hơn thông qua đào tạo sau đại học và tích lũy kinh nghiệm nghiên cứu. Các nghiên cứu thực hiện tại các trường đại học tuy phần lớn là các nghiên cứu cơ bản và có mức độ sẵn sàng công nghệ chưa cao nhưng có vai trò thiết yếu bổ sung cho nghiên cứu quy mô lớn hơn tại các phòng thí nghiệm quốc gia. Ngoài ra các trường đại học cũng tham gia nghiên cứu giải quyết các vấn đề thực tiễn, công nghệ và phát triển kiến thức hạt nhân trong phạm vi dài hạn.
Với vai trò là đại học nghiên cứu chuyên sâu toàn diện bao gồm nhiều ngành khoa học, kỹ thuật có vị thế hàng đầu tại UAE, Đại học Khalifa (KUST) đã tham gia trực tiếp và đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực xây dựng và nâng cao năng lực hạt nhân tập trung vào ba trụ cột mục tiêu, cụ thể như sau:
1. Phát triển xây dựng chương trình đào tạo hàn lâm về Kỹ thuật Hạt nhân
Sau khi quyết định phát triển điện hạt nhân được chính phủ chính thức công bố. Đại học Khalifa đã triển khai ngay chương trình đào tạo Thạc sĩ Khoa học ngành Kỹ thuật Hạt nhân vào tháng 9 năm 2010. Tiếp theo đó, chuyên ngành Kỹ thuật Hạt nhân được đưa vào hệ đào tạo Cử nhân trong các ngành kỹ thuật khác như cơ khí, hóa học và kỹ thuật điện vào năm 2012, đồng thời triển khai ngay chương trình đào tạo Tiến sĩ Kỹ thuật Hạt nhân. Tính đến năm 2021 các chương trình này chỉ dành cho các công dân UAE nhằm ưu tiên phát triển năng lực quốc gia.
Chương trình Kỹ thuật Hạt nhân đã được thiết lập và phát triển chuyên sâu với sự phối hợp của các bên liên quan chính về điện hạt nhân, tức là Tập đoàn năng lượng hạt nhân Emirates (ENEC), cơ quan pháp quy liên bang (FANR) và gần đây là công ty điện lực Nawah (tổ chức vận hành của nhà máy BNP) nhằm hỗ trợ phát triển nguồn nhân lực cần thiết trong quá trình thực hiện chương trình điện hạt nhân. Điều quan trọng cần đề cập ở đây là, cho đến năm 2020, phần lớn sinh viên ThS là sinh viên bán thời gian được tuyển dụng bởi một trong những bên liên quan chính trong chương trình điện hạt nhân nhưng có khả năng và kinh nghiệm làm việc trong các lĩnh vực kỹ thuật và năng lượng khác.
Theo nhu cầu, các lĩnh vực được đề cập trong các chương trình Kỹ thuật hạt nhân bao gồm:
- Vật lý lò phản ứng
- Vật lý nơ tron và Thủy nhiệt lò phản ứng
- Chu trình nhiên liệu hạt nhân
- An toàn hạt nhân, an ninh, biện pháp bảo vệ hạt nhân
- Vật liệu hạt nhân và hóa hạt nhân
- Đo lường bức xạ, Bảo vệ và tác động phóng xạ
- Chất thải hạt nhân.
Để tính đến sự đa dạng của hồ sơ được các bên liên quan xác định, chương trình đào tạo Thạc sĩ kết hợp các học phần cốt lõi và tự chọn theo 05 định hướng chuyên sâu, cụ thể là:
- Hệ thống hạt nhân và đánh giá an toàn xác suất
- Thiết kế lò phản ứng hạt nhân
- Biện pháp bảo vệ hạt nhân, an ninh và chu trình nhiên liệu
- Vật liệu hạt nhân và hư hỏng vật liệu do bức xạ hạt nhân
- An toàn hạt nhân và An toàn bức xạ.
Cũng cần lưu ý rằng sinh viên theo học các chương trình đào tạo được hỗ trợ củng cố kiến thực kỹ năng bởi các hoạt động nghiên cứu vì sinh viên tham gia nhiều vào các dự án nghiên cứu đáp ứng nhu cầu của các bên liên quan và được thực hiện tại trung tâm nghiên cứu thuộc Đại học.
2. Đào tạo nghề nghiệp trong lĩnh vực Hạt nhân
Năm 2011, Viện Cơ sở hạ tầng Năng lượng Hạt nhân Vùng Vịnh (Gulf Nuclear Energy Infrastructure Institute: GNEII), cơ quan phát triển nguồn nhân lực khu vực vùng Vịnh và Trung Đông, đã được thành lập tại Đại học Khalifa. Viện được thành lập là kết quả của sự hợp tác chiến lược giữa các bên liên quan của UAE, cụ thể là Đại học Khalifa, ENEC và FANR, và các đối tác của Hoa Kỳ, Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia và Viện Chính sách và Khoa học An ninh Hạt nhân tại Đại học Texas A&M.
GNEII ban đầu được triển khai như một tổ chức nghiên cứu và giáo dục thường xuyên, tập trung vào khái niệm 3S, viết tắt của An toàn(Safety)/An ninh(Security)/Bảo vệ(Safeguard) và với mục tiêu phát triển kiến thức và chuyên môn về cơ sở hạ tầng năng lượng hạt nhân với một chương trình đào tạo có thời lượng 13 tuần được tổ chức thường xuyên hàng năm.
Để đáp ứng nhu cầu hiện tại của các bên liên quan của UAE, tức là ở giai đoạn nâng cao của chương trình điện hạt nhân, phạm vi và mục tiêu của GNEII hiện đang được sửa đổi. Từ năm 2024, một loạt các mô-đun đào tạo kéo dài từ một đến hai tuần sẽ được triển khai, bao gồm kiến thức hạt nhân cơ bản đến các chủ đề chuyên ngành hạt nhân, các mô-đun được tổ chức theo sáu lĩnh vực phụ:
- Kiến thức cơ bản (module đầu vào)
- Lò phản ứng hạt nhân
- Chu trình nhiên liệu hạt nhân
- An toàn hạt nhân và cấp phép
- An ninh và biện pháp bảo vệ hạt nhân
- Quản lý dự án hạt nhân
Ngoài ra, kể từ năm 2016, Đại học Khalifa là Trung tâm Hợp tác được IAEA chỉ định. Do đó nhằm thực hiện phối hợp với các bên liên quan về hạt nhân của UAE, Đại học Khalifa hỗ trợ IAEA thực hiện các hoạt động theo chương trình của mình, tổ chức hội thảo, khóa đào tạo, đào tạo học bổng và tham quan khoa học. Trung tâm cũng tạo cơ hội cho UAE chia sẻ nguồn lực, kiến thức và chuyên môn với các Quốc gia Thành viên IAEA. Đây là một vai trò quan trọng của Trung tâm khi UAE có thể chia sẻ kinh nghiệm mới sau khi quản lý thành công việc phát triển cơ sở hạ tầng hạt nhân và thực hiện chương trình điện hạt nhân trong một thời gian ngắn.
Hơn nữa, vào năm 2022, Đại học Khalifa đã ký Thỏa thuận thực tế với IAEA để phát triển và thực hiện các khóa đào tạo cũng như chương trình sau đại học và chứng chỉ về luật hạt nhân. Cơ hội đào tạo này sẽ đề cập đến cả khía cạnh kỹ thuật và khung pháp lý liên quan đến lò phản ứng hạt nhân. Cách tiếp cận toàn diện như vậy là cần thiết để tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai các ứng dụng năng lượng hạt nhân bao gồm Lò phản ứng mô-đun nhỏ và lò phản ứng siêu nhỏ.
3. Phát triển năng lực nghiên cứu
Hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực hạt nhân bước đầu đã được thực hiện tại Đại học Khalifa thuộc Khoa Kỹ thuật Hạt nhân. Với sự tiến triển của chương trình điện hạt nhân và sự mở rộng nhu cầu trong hoạt động nghiên cứu, các bên liên quan chính về hạt nhân, tức là ENEC, FANR và Đại học Khalifa đã quyết định thành lập Trung tâm Công nghệ Hạt nhân Emirates (ENTC) vào tháng 1 năm 2020. Trung tâm chung này được điều hành và tài trợ bởi ba đơn vị, được đặt trong Đại học Khalifa. Trung tâm nằm trong Đại học Khalifa, là trung tâm giải quyết các yêu cầu nghiên cứu nhằm hỗ trợ Chương trình năng lượng hạt nhân của UAE. Các hoạt động và dự án nghiên cứu được thực hiện theo bốn lĩnh vực chuyên đề với mục tiêu được mô tả sau đây.
Chủ đề 1, Hệ thống hạt nhân & an toàn, dành riêng cho nghiên cứu vật lý nơtron và thủy nhiệt lò phản ứng liên quan đến vận hành an toàn và tối ưu của các nhà máy điện hạt nhân BNPP. Chủ đề này nhằm mục đích đánh giá các chương trình tính toán phân tích an toàn thủy nhiệt bằng cách kiểm chứng các kết quả dự đoán của các chương trình dựa trên dữ liệu thực nghiệm thu được từ các hệ thực nghiệm nghiên cứu các hiệu ứng tổng thể trên quy mô toàn bộ hệ thống nhà máy. Điều này nhằm xác định và đánh giá các hiện tượng nhiệt thủy lực chiếm ưu thế xảy ra trong các nhà máy điện hạt nhân theo các kịch bản sự cố giả định, bao gồm cả các sự kiện có xác suất xảy ra cực nhỏ (hiếm gặp). Chủ đề cũng tập trung vào việc áp dụng các chương trình tính toán mô phỏng vật lý lò phản ứng để phân tích và vận hành an toàn lò phản ứng công nghệ nước áp lực tiên tiến APR1400 cũng như các thiết kế lò phản ứng cải tiến. Động lực chính để lựa chọn các chủ đề này là các nghiên cứu về vật lý nơtron và thủy nhiệt lò phản ứng trước các sự cố thiết kế cơ sở, thiết kế ngoài cơ sở của APR1400, là một trong những nhu cầu cần thiết trước mắt mà chương trình hạt nhân của UAE cần phát triển để đảm bảo vận hành an toàn cho các nhà máy điện này.
Chủ đề 2, Vật liệu hạt nhân & hóa học, dành riêng cho việc tối ưu hóa vận hành và tính khả dụng của nhà máy điện hạt nhân liên quan đến tính toàn vẹn của cấu trúc, hệ thống và các bộ phận trong suốt tuổi đời vận hành bằng hoặc hơn 60 năm. Hầu hết các vật liệu trong nhà máy điện hạt nhân đều trải qua các hiện tượng suy thoái khác nhau khi vận hành và lão hóa. Loại và mức độ thoái hóa phụ thuộc vào điều kiện vận hành bao gồm các điều kiện môi trường, cơ học và vật liệu. Vì sự thoái hóa của vật liệu trong quá trình vận hành và lão hóa có thể ảnh hưởng đến chương trình bảo trì, tức là tần suất kiểm tra, bảo trì hoặc thay thế các bộ phận, cũng như tính toàn vẹn về cấu trúc của các bộ phận, nên sự thoái hóa của vật liệu cần phải được hiểu một cách đầy đủ và được quản lý một cách hiệu quả nhất.
Chủ đề 3, An toàn bức xạ và môi trường, dành riêng cho việc đo bức xạ và mô hình hóa tác động của bức xạ đối với môi trường và công chúng. Việc xây dựng và vận hành các nhà máy điện hạt nhân cũng như việc phát triển và triển khai các phương pháp và kỹ thuật hạt nhân có nguy cơ phát tán vật liệu phóng xạ đến mức có thể ảnh hưởng đến các khu vực và dân cư nhạy cảm. Dữ liệu thực nghiệm và công cụ số được sử dụng để lập bản đồ các hệ sinh thái trong các tình huống bình thường và bất thường, đặc biệt tập trung vào nhà máy BNPP và vùng Vịnh. Chủ đề này cũng đề cập đến các nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng của hoạt động của BNPP đến môi trường và ngược lại, với mục tiêu giảm tác động và tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của nhà máy điện hạt nhân.
Chủ đề 4, Công nghệ hạt nhân tiên tiến, đã được giới thiệu vào đầu năm 2023. Trong khi ba chủ đề đầu tiên ban đầu được phát triển với trọng tâm là hỗ trợ hoạt động an toàn và hiệu quả của nhà máy BNPP, Chủ đề 4 nhằm mục đích mở rộng các hoạt động nghiên cứu sang nhiều ứng dụng khác nhau công nghệ hạt nhân và các công nghệ tiên tiến có thể cải tiến công nghệ hạt nhân. Các hoạt động dự kiến bao gồm các lò phản ứng mô-đun nhỏ, đồng phát hạt nhân, an ninh hạt nhân, chuẩn bị khẩn cấp, cũng như các ứng dụng hạt nhân trong lĩnh vực y tế, quản lý nước, nông nghiệp và thực phẩm, pháp y, có thể bổ sung thêm việc sử dụng công nghệ sản xuất tiên tiến, Trí tuệ nhân tạo và Học máy và các công nghệ tiên tiến khác có thể mang lại lợi ích cho công nghệ hạt nhân.
Điều quan trọng cần nhấn mạnh là các hoạt động nghiên cứu được thực hiện theo ENTC chủ yếu tập trung vào công nghệ, môi trường và các nhu cầu liên quan cụ thể của UAE. Ví dụ, cần nghiên cứu tác động của các điều kiện khắc nghiệt ở UAE, do nhiệt độ, độ ẩm, độ mặn, bụi và cát cao, ảnh hưởng đến cấu trúc, bộ phận và hoạt động của lò phản ứng APR1400. Ngoài ra, việc lập bản đồ bức xạ, cả tự nhiên và nhân tạo, cũng như mô hình phân tán hạt nhân phóng xạ bao gồm sự di chuyển và tích lũy sinh học trong môi trường, đều đặc trưng cho UAE và cần được nghiên cứu rộng rãi khi lưu ý rằng việc vận chuyển hạt nhân phóng xạ trong môi trường khô cằn vẫn chưa được ghi chép đầy đủ.
Bài học nào cho Việt Nam ?
UAE đã nhanh chóng đi từ vị thế quốc gia mới trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân trở thành quốc gia đang vận hành nhà máy điện hạt nhân đầu tiên và sẽ sớm cung cấp 25% điện năng khi tổ máy thứ 4 đi vào hoạt động thương mại. Bắt đầu từ khả năng hạt nhân rất hạn chế, UAE đã chứng minh rằng chương trình hạt nhân có thể được thực hiện thành công trong khoảng thời gian 15 năm kể từ khi phát triển cơ sở hạ tầng hạt nhân đến vận hành thương mại của nhà máy. Thành công này nhờ vào các hoạt động xây dựng năng lực sâu rộng, trong đó Đại học Khalifa đóng vai trò quan trọng với chương trình học thuật và đào tạo nghề về kỹ thuật hạt nhân cũng như triển khai các hoạt động nghiên cứu hỗ trợ chương trình điện hạt nhân của UAE. Một bước quan trọng nhằm tăng cường xây dựng năng lực và cung cấp hỗ trợ chuyên biệt cho chương trình hạt nhân đã được thực hiện vào năm 2020 với việc thành lập ENTC, với sự tham gia của tập đoàn năng lượng hạt nhân – ENEC – và cơ quan quản lý – FANR. Bước tiến này có ý nghĩa quyết định trong việc tăng cường nỗ lực nghiên cứu và phát triển để hỗ trợ các bên liên quan này.
Để đáp ứng các quan điểm và mục tiêu hiện tại và tương lai của UAE bao gồm việc điều chỉnh và mở rộng đào tạo học thuật và chuyên môn để đáp ứng nhu cầu của chương trình điện hạt nhân và phát triển hơn nữa các ứng dụng hạt nhân ở UAE. Đối với các hoạt động nghiên cứu, các mục tiêu chính là: (1) phát triển hơn nữa năng lực nghiên cứu quốc gia, cả về con người và thực nghiệm, tập trung vào các đặc thù của UAE và khu vực vùng Vịnh; (2) mở rộng phạm vi hoạt động nghiên cứu sang các công nghệ hạt nhân tiên tiến; (3) phát triển hơn nữa sự hợp tác quốc tế nhằm nâng cao năng lực và chuyên môn quốc tế cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận các cơ sở thực nghiệm và; (4) trở thành hạt nhân chia sẻ kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn của UAE trong việc triển khai và vận hành các nhà máy điện hạt nhân có thể mang lại lợi ích cho những người mới triển khai hoặc phát triển chương trình điện hạt nhân của họ.
Những bài học xây dựng năng lực hạt nhân của UAE thực sự bổ ích đối với Việt Nam trong giai đoạn tái khởi động chương trình điện hạt nhân, đặc biệt nên xem xét bài học về vai trò của trường đại học trong việc xây dựng năng lực với mô hình lấy đại học Khalifa làm trung tâm. Câu hỏi quan trọng: HUST có thể đóng vai trò như KUST được không ?
[1] “Education, Training and Research at Khalifa University in Support of the United Arab Emirates Nuclear Power Program”, EPJ Web of Conferences 288, 11001 (2023)
Tổng hợp & biên dịch: PGS.TS. Nguyễn Văn Thái
English