Canada: Hồ sơ sự cố hạt nhân kép ở ở Ontario

Sự cố hạt nhân Chalk River năm 1952

Câu chuyện bắt đầu tại Đại học Montréal. Trong suốt Thế chiến II, đại học này đặt một phòng thí nghiệm bí mật thông qua một liên minh giữa Canada, Anh và Mỹ. Hàng trăm nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên đã tiến hành nghiên cứu hạt nhân tại đó.

Ông Gilles Sabourin, tác giả cuốn sách “Montreal và Bom” được xuất bản tại Anh trong năm 2021, giải thích: “Phòng thí nghiệm Montreal có 2 mục tiêu: xây dựng các lò phản ứng nhằm cung cấp điện năng và sản xuất plutonium để tạo bom.

Phòng thí nghiệm tiến hành các thí nghiệm và làm việc với thiết kế lò phản ứng NRX (Thử nghiệm nghiên cứu quốc gia) và một nhà máy chiết xuất plutonium”. Nhà máy này là nơi xây dựng các cơ sở hạt nhân ở Chalk River, cách Ottawa khoảng 180 km về hướng Bắc. Kế đó vào năm 1945, quả bom nguyên tử đầu tiên trên thế giới đã được thử nghiệm ở New Mexico. Hai quả khác được thả xuống nước Nhật chỉ vài tuần sau đó.

Một tháng sau các vụ đánh bom, CRL (thật sự đã từng tọa lạc ở Deep River) khai trương. Công chúng được thông báo rằng các phòng thí nghiệm sẽ đảm trách nghiên cứu hạt nhân hòa bình. Tuy vậy những mục tiêu quân sự vẫn được duy trì: suốt 2 thập niên sau chiến tranh, Canada cung cấp uranium dùng cho các mục đích quân sự của Mỹ, cùng với 252 kg plutonium giữa các năm 1959 và 1964. NRX đi vào hoạt động từ năm 1947.

Với công suất 20 megawatt, mà theo ông James Ungrin (người từng làm việc cho nhánh vật lý máy gia tốc) thì “đây là lò phản ứng mạnh nhất và tốt nhất thế giới để thực hiện các thí nghiệm”. Ông Ungrin tham quan bảo tàng được thành lập bởi Hiệp hội bảo tồn di sản hạt nhân Canada tọa lạc ở Deep River và quả quyết: “Tất cả các thí nghiệm đều được thực hiện ở đây mà không thể làm ở bất kỳ đâu trên thế giới. Các chuyên gia từng đổ xô về đây”.

Bình phản ứng (có tên gọi là Calandria) chứa 175 thanh dài cắm thẳng đứng. Dĩ nhiên trong số đó có 163 thanh chứa đầy nhiên liệu uranium và 12 thanh còn lại chứa Boron     carbide có thể hấp thụ các neutron và dừng phản ứng dây chuyền phân hạch. Nếu bất kỳ 7 trong số 12 thanh điều khiển này được hạ xuống lò phản ứng, hoặc ngược lại không xảy ra phản ứng phân hạch nào, thì các thanh điều khiển cần được nâng lên nhằm khởi động lò phản ứng.

Khả năng phản ứng cũng có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh mực nước nặng trong lõi. Nước nặng hao hao như nước thông thường về mọi mặt, nhưng các nguyên tử hydrogen của nó lại là những đồng vị nặng hơn. Sự hiện diện của nó trong lò phản ứng đã làm chậm lại các neutron khiến chúng phân hạch hiệu quả hơn. Việc xả nước nặng có thể làm ngưng phản ứng dây chuyền. Cuối cùng, nước thông thường sẽ lưu thông quanh các thanh nhiên liệu nhằm giữ cho nhiệt độ ở mức chấp nhận được.

Trong phòng điều khiển của nhà máy có 4 nút ấn quan trọng như tác giả James Mahaffey đã giải thích trong cuốn sách phát hành năm 2014 của ông có tựa đề “Các sự cố nguyên tử: Lịch sử tan chảy và thảm họa hạt nhân”: 1) Nút số 1 nâng một cái gờ gồm 4 thanh điều khiển ra khỏi lò phản ứng; 2) Nút số 2 nâng 8 thanh kiểm soát còn lại; 3) Nút số 3 tăng cường độ dòng điện trong nam châm điện nhằm giữ các thanh yên vị; 4) Nút số 4 dẫn 12 thanh vào lò phản ứng bằng cách dùng hệ thống khí nén. Nếu hệ thống này không thành công thì chỉ riêng trọng lực cũng kéo các thanh xuống. Sự kết hợp của 4 cái nút này đã làm kích hoạt cái gọi là “Ngày thứ Sáu đen tối” của Chalk River.

Ngày thứ sáu đen tối, 12-12-1952

Lúc 3 giờ chiều, thí nghiệm cuối cùng trong ngày sắp bắt đầu. Hệ thống làm mát của lò phản ứng đã được sửa đổi và lưu lượng nước của nó giảm, những cách điều chỉnh này không bị xem là đáng lo ngại vì chỉ cần nguồn điện rất thấp. Có một nhân viên vận hành đang ở dưới tầng hầm để thực hiện khâu kiểm tra định kỳ. Anh ta lầm tưởng rằng các van của hệ thống khí nén đặt sai vị trí. Anh ta “sửa lại cho đúng” khiến 4 thanh điều khiển nhấc ra khỏi lõi. Đèn đỏ bật sáng trong phòng điều khiển.

Một kiểm soát viên hớt hải chạy xuống tầng dưới và thất kinh khi nhìn thấy cảnh tượng ở đó. Ông ta cố gắng hạ thấp các thanh điều khiển. Nhưng xui thay chỉ có 1 thanh quay lại lò phản ứng, trong khi các thanh khác đổ xuống vừa đủ xa để đèn đỏ vụt tắt. Để đưa 4 thanh vào lại lò phản ứng, người giám sát gọi trợ lý và nói với người này nhấn 4 cái nút từ một đến bốn. Người trợ lý vội vàng đặt điện thoại xuống để làm theo lệnh sếp và vì thế anh ta không nghe được tiếng cấp trên hét lên ý ông ta là nhấn nút số 3 và 4.

Bốn thanh điều khiển bổ sung được đưa ra khỏi lò phản ứng, tổng cộng 7 trong số 12 thanh được đưa ra ngoài. Giờ đây sau mỗi 2 giây, điện trong lò phản ứng lại tăng gấp đôi. Đèn đỏ lại bật sáng. Sự hoảng loạn rõ nét trong phòng thí nghiệm. Tác giả Gilles Sabourin khẳng định: “Đáng lý là chả có chuyện gì xảy ra nếu hệ thống làm mát không được chỉnh sửa vào cái ngày hôm đó”.

Nước lạnh bắt đầu sôi mà thay vì phải lưu thông để đưa nhiệt thoát khỏi lò phản ứng. Công cụ đo nhiệt cũng hoạt động chập chờn. Các thanh uranium tan chảy và làm nhiễm độc nước lạnh. Được thiết kế với nguồn điện 30 megawatt, lò phản ứng đã tăng lượng điện từ 60 đến 100 megawatt. Tiếp đó các nhân viên đổ lượng nước nặng vào một bể chứa và ngăn chặn thành công sự phân hạch. Việc mất kiểm soát hoàn toàn kéo dài chỉ 60 giây, nhưng nhiều rắc rối hơn đang ở phía trước. giám sát viên dưới tầng hầm đã nghe âm thanh của các pít-tông được kích hoạt bằng không khí.

Quả vậy, âm thanh là từ một vụ nổ được hình thành khi hydrogen hình thành trong lò phản ứng từ uranium đang tan chảy tiếp xúc với không khí đi vào lò phản ứng. Nước làm mát lúc này đã đổ ra khỏi thiết bị hỏng. Sự cố kết thúc nhưng phóng xạ đã lan rộng. Tổng cộng 4,5 triệu lít nước đã đọng lại trong tầng hầm. Nước có lượng bức xạ cao gấp 7 lần so với tổng lượng uranium trên thế giới tại thời điểm đó, theo tiết lộ từ cuốn sách “Câu chuyện hạt nhân của Canada”, một cuốn sách do AECL ủy quyền từ thập niên 1960 và được viết bởi nhà báo Wilfrid Eggleston.

Sự cố là vụ vỡ lõi lò phản ứng tan chảy đầu tiên trên thế giới. Nó đánh dấu một bước lùi cho AECL và một số người lo lắng cho rằng có lẽ NRX sẽ chấm dứt. Mất 14 tháng ròng rã dọn dẹp hiện trường mới đưa lò phản ứng hoạt động trở lại. Một đường ống được xây dựng để đưa nước thoát ra một khu vực cát để lọc sạch trước khi nước chảy ra sông. Lõi lò phản ứng cũng được chôn vùi trong bãi cát. Khoảng 800 nhân viên AECL cùng với người Canada và nhân sự quân đội Mỹ cùng hỗ trợ công tác dọn dẹp. Chỉ 2 ngày sau sự cố hạt nhân Chalk River đã có 2 nhà báo của tờ Ottawa Citizen đến hiện trường và cố tình viết một bài nhằm hạ thấp sự kiện có nội dung.

Sự cố là một kinh nghiệm đắt giá cho Tổ hợp phòng thí nghiệm Chalk River. Trong nhiều thập kỷ sau đó, AECL đã nghiên cứu về lưu trữ mở rộng chất thải bức xạ cũng như cải tiến cách tiếp cận của nó, cụ thể là với sự ứng biến có từ năm 1952. Năm 2005, các chuyên gia đã kiểm tra hiện trường nơi các thanh nhiên liệu tan chảy được chôn vùi trong những cái thùng gỗ.

Họ nhận thấy rằng các thùng này đã mục rữa theo thời gian và các thanh nhiên liệu đã tiếp xúc trực tiếp xuống đất. Cũng theo một báo cáo hội nghị của AECL thì 32 thanh nhiên liệu được thu hồi, con số này nhiều hơn 19 thanh được liệt kê trong các hồ sơ. Năm 2007, tất cả các thanh nhiên liệu này được chuyển đến một khu lưu trữ phù hợp hơn. NRX chấm dứt hoạt động vào năm 1993.

Sự cố hạt nhân NRU năm 1958

Một lò phản ứng hạt nhân mạnh mẽ khác có tên gọi là NRU (Phổ biến nghiên cứu quốc gia) được xây dựng ngay trong một tòa nhà nằm gần NRX và bắt đầu hoạt động từ năm 1957 với công suất 200 megawatt. Ngày 24 tháng 5 năm 1958, lò này bị đóng cửa vì vậy các thanh nhiên liệu có thể được trục vớt bằng cần cẩu và bình nhiên liệu được làm mát bằng nước, tiếp đó đặt chúng trong hồ lưu trữ.

Trong cuốn sách “Những tai nạn nguyên tử”, tác giả James Mahaffey kể rằng khi các công nhân loại bỏ thanh nhiên liệu thứ 2, họ thấy rằng bình nhiên liệu không còn một giọt nước. Người lái cần cẩu đã cố gắng đưa thanh nhiên liệu vào lò phản ứng nhưng nó bị kẹt và không thể đi vào được. Các công nhân trong bộ quần áo cao su và mặt nạ phòng độc đã cố gắng xịt nước nhưng không thành công. Lúc cần cẩu cố gắng kéo nó trở lại thì thanh bị gãy và bốc cháy. Trong lúc cần cẩu di chuyển một phần thanh nhiên liệu về phía bể chứa thì một mẫu uranium dài cỡ 90 cm đã bị lỏng và rơi tõm xuống hố sửa chữa.

Trong một báo cáo được trích dẫn bởi nhà báo Wilfrid Eggleston, ông David A. Keys, tổng quản lý của nhà máy Chalk Rivber viết: “Hoạt động vô tuyến từ uranium đang cháy đã phát ra khói ở dạng bụi làm ô nhiễm toàn bộ phòng lò phản ứng và những khu vực khác của tòa nhà NRU. Vì nhiệt rất nóng nên không ai ở đó quá 2 phút. Họ thi nhau đổ từng xô cát lên thanh kim loại đang cháy. Trong khoảng 15 phút, lừa đã tắt ngóm.

Với sự cố thứ 2 đó, Al Donohue đang làm việc cho nhóm vận hành nhà máy NRU, ông đã mang những thùng cát lên thang máy ngay sau khi xảy ra sự cố. Donohue nói rằng ông và các đồng nghiệp đã vượt quá giới hạn bức xạ có thể chấp nhận được. Khi đó ông George Kiely cũng nằm trong nhóm nhân viên của Al Donohue và được giao cầm lấy ống chân không để hút “những viên phát sáng huỳnh quang” trên sàn nhà trong 10 phút. Lại một lần nữa, hơn 800 nhân viên AECL cũng như 300 nhân lực quân đội đã tham gia vào công tác dọn dẹp.

Sự cố hạt nhân năm 1958 còn nghiêm trọng hơn vụ năm 1952 khi mà nó chưa từng được phân loại nhưng có khả năng đạt cấp độ 4 hoặc 5. Lần này lò phản ứng chỉ ngừng hoạt động trong 6 tháng. Nó đã trở thành nguồn cung chính các đồng vị y tế cho toàn hành tinh suốt nhiều thập niên, và cuối đình hoạt động trong năm 2018.

Đối với 2 sự cố hạt nhân 1952 và 1958 đã có một biện pháp an ninh bổ sung khi đến lượt thiết kế các lò phản ứng CANDU để tạo ra điện năng. Tác giả Gilles Sabourin giải thích: “Ở Canada, bên cạnh việc dùng trọng lực để thả các thanh điều khiển xuống, thì người ta còn dùng một hệ thống hoàn toàn độc lập khác, đó là tiêm chất độc Gadolinium nhằm hấp thụ neutron”.

Bà Rosaura Ham-Su, Giám đốc các lò phản ứng tiên tiến tại Tổ hợp phòng thí nghiệm hạt nhân Canada (CNL), phát biểu: “Cả NRX và NRU đều dùng để thử nghiệm nhiên liệu. Lấy ví dụ như ở NRU có một nơi dùng để thử nghiệm nhiên liệu CANDU trong điều kiện hơi nước. Tất cả những thử nghiệm này đều hết sức quan trọng nhằm có được một lò phản ứng đưa vào vận hành an toàn”. Bất chấp ý nghĩa khoa học to lớn, 2 sự cố hạt nhân đã bị lãng quên.