“Trái tim” hạt nhân bí ẩn: Nguồn sức mạnh vô song
Làm thế nào một lượng nhiên liệu nhỏ bé như vậy lại có thể cung cấp năng lượng cho cả một “thành phố nổi” dưới biển sâu trong hàng thập kỷ? Bí mật nằm ở phản ứng phân hạch hạt nhân.
Ở trung tâm của mỗi lò phản ứng hạt nhân thu nhỏ trên tàu ngầm là một lõi nhiên liệu uranium-235. Khi các nguyên tử uranium-235 bị bắn phá bằng neutron, chúng sẽ phân tách thành hai hạt nhân nhẹ hơn.
Quá trình này giải phóng một lượng nhiệt khổng lồ và đồng thời giải phóng thêm các neutron mới, kích hoạt một “phản ứng dây chuyền hạt nhân” tự duy trì. Năng lượng giải phóng dưới dạng nhiệt được sử dụng để đun sôi nước, tạo ra hơi nước. Hơi nước áp suất cao này sau đó sẽ quay các tua-bin, cung cấp năng lượng đẩy cho tàu ngầm và tạo ra điện cho toàn bộ hệ thống trên tàu.
Để dễ hình dung về mật độ năng lượng đáng kinh ngạc của uranium-235, chỉ 1 gram của đồng vị này có thể tạo ra lượng năng lượng tương đương với gần 3 tấn than đá. Nhân con số đó lên, khoảng 4.000 gram (4 kg) uranium làm giàu có thể cung cấp năng lượng liên tục cho một con tàu khổng lồ, cho phép nó hoạt động êm ru và sâu dưới lòng đại dương, không cần dừng lại tiếp nhiên liệu, không cần dầu diesel, và không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời.
Nhờ công nghệ này, tàu ngầm hạt nhân trở nên vô song về độ bền, khả năng tàng hình và phạm vi hoạt động toàn cầu. Chúng có thể lặn trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm, mà chỉ bị giới hạn bởi lượng thức ăn dự trữ và sức bền của thủy thủ đoàn. Đây là lợi thế công nghệ đáng kể so với tàu ngầm điện-diesel thông thường, vốn phải thường xuyên nổi lên để nạp khí và tiếp nhiên liệu.
Đây không phải là loại uranium thông thường, mà là uranium-235 đạt mức độ tinh khiết trên 90%, cùng một đồng vị được sử dụng trong một số loại vũ khí hạt nhân, nhưng được khai thác một cách kiểm soát để sản xuất năng lượng.
Năng lượng hạt nhân trên tàu ngầm: Không phải vũ khí, mà là nguồn điện an toàn
Điều quan trọng cần làm rõ là tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân không phải là vũ khí hạt nhân. Chúng đơn thuần sử dụng năng lượng hạt nhân để phục vụ mục đích đẩy và vận hành các hệ thống trên tàu.
Tương tự như cách các nhà máy điện hạt nhân trên đất liền cung cấp năng lượng cho hàng triệu hộ gia đình và ngành công nghiệp trong 70 năm qua, mỗi tàu ngầm hạt nhân cũng có một lò phản ứng hạt nhân thu nhỏ của riêng mình.
Uranium tự nhiên khai thác từ lòng đất chủ yếu là đồng vị uranium-238, chỉ chứa một lượng nhỏ (0,7%) đồng vị uranium-235 có khả năng phân hạch. Để lò phản ứng trên tàu ngầm hoạt động hiệu quả, nhiên liệu uranium phải được “làm giàu” để tăng tỷ lệ uranium-235 lên khoảng 50% (đối với tàu ngầm thông thường) hoặc trên 90% (đối với tàu ngầm có khả năng hoạt động hàng thập kỷ không cần tiếp nhiên liệu).
Mức độ làm giàu này là yếu tố then chốt để duy trì phản ứng dây chuyền hạt nhân một cách ổn định và an toàn, tạo ra mức năng lượng đầu ra liên tục.
Phá tan lầm tưởng và định hình chiến lược tương lai
Có một số lầm tưởng phổ biến về tàu ngầm hạt nhân, bởi vậy chúng ta cần nhắc lại rằng việc sử dụng uranium làm giàu cao không đồng nghĩa với việc triển khai vũ khí hạt nhân. Uranium được sử dụng trong tàu ngầm có mức độ làm giàu khác biệt so với uranium cấp vũ khí (thường là 90%+ U-235). Hơn nữa, các quốc gia sở hữu công nghệ này đều cam kết tuân thủ các hiệp ước không phổ biến vũ khí hạt nhân và các chế độ kiểm soát xuất khẩu quốc tế nghiêm ngặt.
Ưu thế chiến thuật của tàu ngầm hạt nhân đến từ khả năng tàng hình và xác định mục tiêu một cách bí mật mà không bị phát hiện, chứ không phải từ khả năng tấn công hạt nhân. Duy trì sự an toàn cho cả thủy thủ đoàn và môi trường tự nhiên là điều tối quan trọng.
Mặc dù những bộ phim Hollywood có thể khai thác nỗi sợ hãi bản năng của chúng ta về bức xạ hạt nhân, nhưng những tiến bộ trong các biện pháp và quy trình kiểm soát an toàn hiện đại đã khiến các vụ tai nạn lò phản ứng trên tàu ngầm trở thành chuyện của quá khứ.
Ưu và nhược điểm: Sức mạnh phi thường và cái giá không hề nhỏ
Ưu điểm nổi bật:
- Tự chủ cao: Tàu ngầm hạt nhân không cần tiếp nhiên liệu trong suốt 20-30 năm hoạt động, một lợi thế chiến lược không thể so sánh.
- Hiệu suất và tốc độ: Năng lượng hạt nhân cho phép tàu ngầm duy trì tốc độ cao trong thời gian dài hơn nhiều so với tàu ngầm diesel-điện.
- Khả năng tàng hình vượt trội: Phản ứng hạt nhân không cần không khí, giúp tàu ngầm có thể ở dưới nước ở độ sâu lớn trong nhiều tháng, tăng cường khả năng tàng hình và cho phép triển khai xa hơn, lâu hơn mà không bị phát hiện.
Nhược điểm lớn nhất:
- Chi phí khổng lồ: Mỗi tàu ngầm hạt nhân thường tốn hàng tỷ đô la để chế tạo. Chúng đòi hỏi lực lượng lao động có tay nghề cao, chuyên môn sâu về khoa học hạt nhân, và các chương trình đào tạo chuyên sâu.
- Thách thức về nhiên liệu và chất thải: Mặc dù một số quốc gia có nguồn cung cấp uranium dồi dào, nhưng không phải quốc gia nào cũng có khả năng làm giàu hoặc chế tạo nhiên liệu lò phản ứng. Vấn đề xử lý nhiên liệu đã qua sử dụng (chất thải phóng xạ) cũng là một thách thức lớn, đòi hỏi các cơ sở lưu trữ và xử lý dài hạn an toàn tuyệt đối.
Nguồn tin: https://genk.vn/co-the-ban-chua-biet-chi-can-4kg-uranium-da-co-the-cung-cap-nhien-lieu-cho-tau-ngam-hat-nhan-trong-suot-30-nam-ma-khong-can-tiep-lieu-20250709084717973.chn
