Bắt đầu từ những năm 2000 trở lại đây,
các NMĐHN được phân loại thành các thế hệ :
- Thế hệ
I: Các lò phản ứng nguyên mẫu (prototypes),
- Thế hệ II: Các NMĐHN đã xây dựng và đang vận
hành, - Thế hệ III và III+ : Các lò phản ứng tiên
tiến,
- Thế hệ lò phản ứng tiếp theo - thế hệ IV.
Các thế hệ III, III+ và IV kế thừa các
ưu điểm và khắc phục các nhược điểm của các thế hệ trước.
Các thế hệ lò phản ứng hạt nhân
Thế
hệ I
Các lò phản ứng thương mại nguyên mẫu
(prototype) vận hành vào những năm 1950 - 1960. Lò phản ứng thương mại đầu tiên trên
thế giới với công suất 5 MW được đưa vào vận hành năm 1954 tại Liên Xô cũ. Sau đó,
tại Anh, lò phản ứng Calder Hall được đưa vào vận hành vào năm 1956 với công
suất ban đầu là 50 MW. Nhà
máy ĐHN thương mại đầu tiên tại Mỹ là Shippingport vận hành vào năm 1957, với công suất 60 MW. Nhiều lò phản
ứng thế hệ I chỉ là đơn chiếc, như lò
Fermi I ở Mỹ, chứ không đại diện cho một kiểu thiết kế nào cả. Trong khi
với thế hệ II các lò có khuynh hướng
xây dựng hàng loạt, mặc dù được thiết kế riêng biệt nhưng áp dụng cùng một nguyên lý thiết kế.
Thế
hệ II
Các lò thế hệ II là một số thiết kế được phát triển từ các lò phản ứng
thế hệ
I. Đã có nhiều thay đổi
đáng kể trong thiết kế và kể cả có một số kiểu hoàn toàn mới so với thế hệ
trước. Các lò phản ứng được xây dựng vào đầu những năm 1970 và 1980 và hiện
tại vẫn đang được vận hành thương mại. Các lò phản ứng nước nhẹ ở Mỹ, Pháp, các
lò CANDU ở Canada
là những ví dụ về các lò thế hệ II.
Thế
hệ III
Các lò thế hệ thứ III là các thiết kế cải tiến (advanced-design), bao
gồm:
- Các lò nước sôi cải
tiến (ABWR) do GE thiết kế và được xây dựng tại Nhật Bản;
- Các
lò cải tiến hệ System 80+ do CE (Combustion Engineering) nay thuộc Westinghouse thiết kế;
- Các
lò PWR cải tiến (APWR), do Westinghouse, MHI thiết kế;
- Các
lò WWER-1000: AES-91, AES-92 của Nga thiết kế;
- Các
lò có thiết kế thụ động như AP600 của Westinghouse.
- Các
lò EPR (Evolutionary Pressurized / European Pressurized Reactor) - là một thiết kế
tiến hóa kết hợp giữa các thiết kế và kinh nghiệm vận hành các lò N4 của
Framatome và KONVOI của Siemens, Đức.
Một số thiết kế đã được phát triển ở
Mỹ và được Cơ quan pháp quy Hoa Kỳ (US-NRC) cấp phép vào những năm 1990. Các
lò ABWR và APWR đã/đang được xây dựng và vận hành ở nhiều nước khác nhau. Một số
thiết kế khác cũng đang trong giai đoạn xin cấp chứng nhận thiết kế của NRC như US EPR.
Các cải tiến quan trọng so với thế hệ II bao gồm:
- Hoàn
thiện công nghệ về nhiên liệu;
- Đưa
vào các hệ thống an toàn thụ động;
- Các thiết kế được tiêu chuẩn hóa;
Thế hệ III+
Các thiết kế thế hệ
III+ nói chung là mở rộng khái niệm thiết kế của thế hệ III trong đó đưa vào
các đặc tính an toàn thụ động cải tiến (advanced passive safety). Các thiết
kế này có thể duy trì trạng thái an toàn mà không cần sử dụng các thành phần điều
khiển chủ động nào. Chúng có thể đã được phát triển ở những giai đoạn khác
nhau vào những năm 1990 và hiện tại bắt đầu được cấp phép xây dựng. Các lò
phản ứng có thể được vận hành vào những năm 2010. Các thiết kế thế hệ III+
bao gồm:
- Các
lò Advanced CANDU Reactor (ACR);
- Lò
AP1000 - dựa trên thiết kế AP600 của Westinghouse;
- Lò Economic Simplified
Boiling Water Reactor (ESBWR) - dựa trên thiết kế ABWR;
- Lò APR-1400 - Thiết kế
PWR cải tiến phát triển từ các lò KNGR (Korean Next Generation Reactor) dựa trên cơ
sở thiết kế hệ System 80+ của Mỹ.
- Lò WWER-1200: AES-2006 của Nga thiết kế.
Thế hệ IV
Các lò thế hệ IV là các thiết kế được
xác lập bởi GIF (Generation IV International
Forum), theo sáng kiến của DOE và 10 quốc gia thành viên khác. Tất cả các lò
phản ứng thế hệ IV hiện còn đang ở giai đoạn thiết kế khái niệm hoặc thực
nghiệm và hy vọng sẽ được xem xét khai thác vào những năm 2030. Năm 2002, GIF
đã đưa ra lịch trình (Roadmap) cho 6 thiết kế thế hệ IV gồm 3 loại lò nơtrôn nhiệt và 3 loại lò nơtrôn nhanh.
Đặc
trưng an toàn qua các thế hệ
Một số đặc trưng về
an toàn của các thế hệ công nghệ lò nêu trong bảng dưới đây.
Một số yêu cầu về phát triển các thế hệ công nghệ lò
Những lò thế hệ III và III+ có các đặc tính sau:
- Tiêu chuẩn hoá
thiết kế cho mỗi loại để rút ngắn quá trình cấp phép, giảm chi phi phí đầu tư
và giảm thời gian xây dựng.
- Thiết kế đơn giản
hơn và vững chắc hơn làm chúng dễ vận hành và ổn định trong hệ thống có nhiều dao động.
- Hệ số sẵn sàng hoạt động cao hơn và tuổi thọ dài
hơn - mức điển hình là 60 năm.
- Xác suất tai nạn nóng chảy vùng hoạt giảm.
- Tác động tới môi trường ở mức tối thiểu.
- Độ sâu cháy cao
hơn và từ đó giảm nhiên liệu sử dụng và lượng thải phát sinh.
- Sử dụng chất hấp
thụ có thể cháy được nhằm tăng thời gian sử dụng nhiên liệu.
Khác biệt lớn nhất so
với các thiết kế hiện thời là nhiều nhà máy hạt nhân thế hệ mới tích hợp được
đặc điểm an toàn thụ động hoặc nội tại, không đòi hỏi sự kiểm soát chủ động
của con người hay sự can thiệp của nhân viên vận hành để tránh tai nạn khi có
trục trặc.
(Nguồn: VINATOM)