Trường Trung Học Đất-Đỏ Phước-Tuy: Nhà máy diện nguyên tử ở tiểu bang Virginia, Hoa kỳ

Việt nam trên đà phát triển nhà máy điện nguyên tử. Ban biên tập giới thiệu đến quí vị bài viết của cựu gs Trần-Văn Phét vài khái niệm về nhà máy điện nguyên tử ở tiểu bang Virginia, USA.

Dưới đây là video ghi lại 1 số hình ảnh khi nhà điện nguyên tử số 2 ở North Anna thay đầu máy trong lò nguyên tử vào ngày 2 tháng 10 năm 2002 và hoàn tất vào ngày 31 tháng 1 năm 2003.

Tiểu bang Virginia có hai nhà máy điện nguyên tử: nhà máy Surry ở phía Đông và nhà máy North Anna ở phía Tây thủ đô Richmond. Mỗi nhà máy có 2 dơn vị riêng biệt. Nhà máy trực thuộc công ty tư nhân Dominion và mỗi nhà máy điện nguyên tử này có khoảng 1 ngàn nhân viên (Dominion có tất cả khoảng 15 ngàn 500 nhân viên làm việc cho nhà máy thuỷ điện, nhà máy chạy bằng than, nhà máy chạy bằng gas và nhà máy điện nguyên tử. Bên cạnh Virginia, Dominon còn có nhà máy nguyên tử ở tiểu bang Connecticut và tiểu bang Wisconsin. Nhà máy ở Wisconsin là 1 trong những nhà máy hạng nhứt ở Mỹ nhưng đã đóng cửa vì lỗ quá nhiều.)

Nhà máy Surry là nhà máy điện nguyên tử đầu tiên của tiểu bang Virginia, nó sản xuất 1.676 Megawatts và đủ sức cung cấp cho 420 ngàn căn nhà . Đơn vị số 1 bắt đầu cung cấp điện vào tháng 12 năm 1972 và đơn vị số 2 bắt đầu hoạt động vào tháng 5 năm 1973. Giấy phép hoạt động hết hạn vào ngày 25 tháng 5 năm 2032 cho đơn vị 1 và ngày 19 tháng 1 năm 2033 cho đơn vị số 2.

Nhà máy North Anna là nhà máy điện nguyên tử thứ nhì của tiểu bang Virginia, nó sản xuất 1.892 Megawatts và đủ sức cung cấp cho 450 ngàn căn nhà . Đơn vị số 1 bắt đầu cung cấp điện vào tháng 6 năm 1978 và đơn vị số 2 bắt đầu hoạt động vào tháng 12 năm 1980. Giấy phép hoạt động hết hạn vào ngày 1 tháng 4 năm 2038 cho đơn vị 1 và ngày 21 tháng 8 năm 2040 cho đơn vị số 2.

Simulator của Surry được NRC (Nuclear Regulatory Commission ), cơ quan điều hành nhà máy điện nguyên tử ở Mỹ, chứng nhận lần đầu tiên vào ngày 23 tháng 11 năm 1988.

Simulator của North Anna được NRC chứng nhận lần đầu tiên vào ngày 13 tháng 9 năm 1988.

Nhà máy điện nguyên tử sản xuất điện cũng giống như những nhà máy chạy bằng thủy điện, chạy bằng than hay chạy bằng gas; nó chỉ khác với các nhà máy chạy bằng thủy điện, chạy bằng than hay chạy bằng gas là nguồn tạo ra nhiệt để làm nóng hơi nước. Nhà máy sản xuất hơi nước nóng (steam) để quay máy phát điện (turbine generator) và tạo ra điện. Nhà máy điện nguyên tử dùng nhiệt do sự phân tách nguyên tử uranium. Quá trình này gọi là phản ứng phân hạch hạt nhân (nuclear fission). Trung tâm của nhà máy điện nguyên tử là lõi lò phản ứng (reactor core), nơi nhiệt được tạo ra bởi các phân hạch nhiên liệu uranium dưới sự kiểm soát và vận hành của nhân viên điều khiển nhà máy.

Nhà máy điện nguyên tử của Dominion thuộc loại dùng áp suất của nước (PWR : pressurized water reactor).

Máy bơm làm nguội lò phản ứng, bơm nước cao áp suất qua lò phản ứng. Lượng nước này được kiềm chế dưới áp suất nên nước không bao giờ sôi. Sau khi được nung nóng, nước được đưa vào bộ phận sản xuất hơi nước (steam generator). Sau khi nhận sức nóng trong lò phản ứng, nước chạy qua bộ phận sản suất hơi nước. Nơi đây lượng nước nóng chạy qua hàng dãy ống, chuyển năng lượng của nó qua bức tuờng bằng những ống kim loại vào hệ thống thứ nhì (secondary system) của nguồn nước và biến thành hơi nước với áp suất cao. Nước trong hệ thống làm nguội lò phản ứng không bao giờ tiếp xúc với nguồn nước thuộc hệ thống thứ nhì. Hơi nước được dẫn tới tua bin (turbine) và lực đẩy của hơi nước làm cho cánh quạt quay và máy phát điện tạo ra điện. Khi làm cho cánh quạt quay, hơi nước mất sức nóng và áp suất, nó chạm với những ống có nước lạnh của nơi ngưng tụ (condenser). Bấy giờ hơi nước rơi xuống nơi ngưng tụ và được bơm trở lại cho máy tạo hơi nước và cứ thế tiếp tục chu kỳ vòng tròn. Nước trong lò phản ứng cũng được bơm liên tục và nó không bao giờ va chạm với nước làm nguội lò phản ứng.

A: Containment: Lò nguyên tử của nhà máy

B: Control Rods:Thanh điều khiển độ phản ứng chất uranium

C: Reactor: Lò phản ứng

D: Steam generator: Máy phát hơi nước

E: Steam line: Ống dẫn hơi nước

F: Reactor cooling Pump: Máy bơm làm nguội lò phản ứng

G: Main generator:Máp phát điện chính

H: Turbine: tua bin

I: Condenser: Nơi ngưng tụ

J: Lake, river or ocean: Hồ, sông hay biển

Cứ 18 tháng nhà máy phải bảo trì, sửa chửa những máy móc hư hỏng không sửa được trong lúc nhà máy đang phát điện và thay thế chất uranium ở vòng trong lò phản ứng. Vòng ngoài được thay chất uranium mới và chất uranium ở vòng ngoài đưa vào vòng trong. Vòng trong được gở ra và cẩn thận bảo quản, không để chất phóng xạ lan ra ngoài. Thời hạn bảo trì trên dưới 30 ngày và phí tổn khoảng 33 triệu đô la. Tháng 10 năm 2013 nhà máy Surry đã bảo trì đơn vị số 1. Tháng 9 năm 2013 nhà máy ở North Anna đã bảo trì đơn vị số1. Trong thời gian bảo trì, nhân viên không được nghỉ phép, 1 số nhân viên chuyên môn của nhà máy này sang nhà máy kia phụ giúp và công ty mướn hàng trăm nhân viên ở ngoài vào phụ giúp. Đặc biệt Simulator, nhân viên rất vất vả trong 2 tuần lễ đầu trong thời gian bảo trì. Hardware Engineer phải thay thế, lắp ráp những dụng cụ mới. Sau đó Software Engineer kiểm tra những phần mềm (codes) họ viết và Simulator Operator thử nghiệm lần cuối, tu chỉnh phần mềm nếu cần trước khi bàn giao cho huấn luyện viên (Instructors). Nhóm Simulator làm việc ăn khớp với nhau và nối kết như mắc xích. Tuy có 4 người nhưng nhóm Simulator hoàn tất những gì thay đổi trong nhà máy phát điện trong thời gian ngắn.

Simulator control room là chị em sanh đôi với control room của nhà máy điện nguyên tử. Tất cả dụng cụ (instrunentation), computers, bàn ghế, thảm, phone, máy in, dây nối mạng (network) đều giống nhau như đúc. Simulator dùng computer điều khiển phản ứng. Simulator là dụng cụ dùng để đào tạo và huấn luyện nhân viên điều khiển nhà máy theo luật của liên bang Mỹ. Hàng năm Hardware Engineer chụp khoảng 1 ngàn tấm hình trong nhà máy điện nguyên tử rồi so sánh với Simulator để tìm ra sự khác biệt. Theo luật liên bang thì Simulator phải khắc phục những khác biệt cho giống nhà máy trong vòng 18 tháng nhưng Dominion chỉ cho phép trong vòng 12 tháng và Hardware Engineer thường hòan tất trong vòng 6 tháng. Ba tháng đầu năm là chuỗi ngày vất vả nhất của Hardware Engineer. Hardware Engineer nghiên cứu và thử nghiệm operating system (OS) của Microsoft trước khi bàn giao cho Software Engineer. Ngoài ra Hardware Engineer phải tự sáng chế (design) và lắp ráp (integrate) những mạch điện tử nếu không mua được ở ngoài. Hơn nữa, Hardware Engineer là người kiểm tra ngân sách, tìm kiếm, đấu thầu, mua sắm thiết bị sửa chửa cho Simulator. Hardware Engineer phải am tường về hệ thống truyền tin (communication), instrumentation, điện, điện tử, audio, video, computers và network. Software Engineer là người am tường về cấu trúc và sự hoạt động của từng bộ phận của nhà máy điện nguyên tử. Dựa vào những bản vẽ của nhà máy họ viết những codes (phần mềm) làm cho Simulator hoạt động như nhà máy thiệt. Simulator operator là người phải có bằng (license) điều khiển nhà máy. Người này biết cách điều họp giữa hardware và software để kiểm tra phần mềm. Hàng năm, Simulator operator phải kiểm chứng Simulator dựa theo những đòi hỏi bắt buộc của ANSI/ANS3.5 (Tiêu chuẩn quốc gia của Simulator nhà máy điện nguyên tử để đào tạo và huấn luyện)

Những từ viết tắt trong bài này:

NLO: non license operator: người làm việc phụ giúp người điều khiển nhà máy, không có bằng điều khiển (reactor operator license)

RO: Reactor operator: người điều khiển nhà máy có bằng điều khiển (reactor operator license)

SRO: Senior Reactor Operator: Cấp chỉ huy có bằng Senior Reactor operator

Nhân viên điều khiển nhà máy phải qua 1 quá trình huấn luyện lâu dài (39 tháng cho NLO + 18 tháng cho RO + 8 tháng cho SRO). Khi được tuyển dụng, họ phải qua khoá đào tạo không có bằng điều khiển 6 tuần; sau đó họ làm việc dưới quyền người có bằng điều khiển (Operator license) và tiếp tục vừa học vừa làm 39 tháng qua 7 kỳ thi. Sau khi hòan tất chương trình cho NLO, những người NLO giỏi được tuyển cho đi học để thi lấy bằng điều khiển (license). Thời gian đào tạo cho license operator là 18 tháng. Họ chỉ ăn và đi học. Tuy nhiên họ được trả lương như lúc làm việc. Ngày họ thi lấy bằng, họ không được tiếp xúc với những người có liên quan đến việc thi, họ không được dùng điện thoại trong vòng 24 giờ sau khi ra khỏi phòng thi. Họ bị kiểm tra rất chặt chẽ trong thời gian thi. Thời hạn thi khoảng 4 hay 5 ngày. Nếu thi đậu họ được NRC cấp bằng Reactor Operator gọt tắt là RO. Sau khi có bằng license operator 1 thời gian dài, họ được tuyển để đi học lấy bằng SRO. SRO là người có quyền điều khiển nhân viên RO, NLO. Họ quyết dịnh vân mệnh của nhà máy điện nguyên tử.

Sau 4 tuần làm việc trong nhà máy, NLO, RO, SRO phải trở lại Simulator để huấn luyện thêm 1 tuần và thi vào ngày thứ 6. Cuối năm họ phải thi kiểm tra chất lượng. Nếu thi rớt sẽ được kèm và cho thi lại. Trong suốt sự nghiệp, tất cả nhân viên làm việc cho hệ thống nhà máy điện nguyên tử (Nuclear employee) chỉ được thi lại 3 lần khi rớt, rớt lần thứ 3 là bị sa thải. Thí dụ: nhân viên thi rớt năm thứ 1, thi lại đậu; rớt năm 10, thi lại rớt lần 1 và thi đậu lần 2 và rớt năm 30. Năm thứ 30 sẽ bị sa thải.

Tất cả nhân viên làm việc cho nhà máy điện nguyên tử đều được kiểm tra lý lịch bởi FBI . Nhân viên vi phạm luật pháp, dính líu với chất nổ, ma tuý, rượu đều bị nghiêm trị và sa thải. Nhân viên bị khám phá có chất cồn trong người lần đầu tiên bị cho nghỉ việc 14 ngày và phải điều trị. Tái phạm lần thứ 2 sẽ bị cấm đến nơi nhà máy nguyên tử trong vòng 5 năm. Độ cồn cho phép là 0,04 % tức là 4/10000 trong khi luật lái xe ở Virginia cho phép là 0,08% (8/10000). Nhân viên phải có 5 tiếng đồng hồ nghỉ ngơi sau khi uống ly rượu lần cuối trước khi đến văn phòng. Khi ở nhà và bị gọi đi làm, nhân viên có trách nhiệm báo cho sở đã uống rượu; đến nơi họ phải được kiểm tra nồng độ cồn trước khi được giao cho công việc. Nhân viên cấp chỉ huy (supervisor) và bảo vệ (security officer) bị sa thải khi vi phạm lần đầu tiên. Theo luật liên bang, nhân viên mang ma túy, rượu, chất nổ vào trong nhà máy sẽ bị cấm lai vãng đến khu nhà máy 10 năm. Nhân viên bị gọi kiểm tra ma túy, nồng độ rượu bât cứ lúc nào (random testing) trong lúc làm việc; nếu từ chối kiêm tra, sẽ bị sa thải. Ai cố tình xâm nhập trái phép hoặc làm hư hại nhà máy điện nguyên tử sẽ bị trừng phạt theo luật liên bang : phạt tù và phạt tiền. Nhân viên phải đeo thẻ nhân viên khi đến sở làm. Có nhân viên chỉ có quyền di chuyển và làm việc ở khu ngoài nhà máy phát điện; họ mang loại thẻ gọi là OCA (Owner Controller Area). Có nhân viên mang thẻ nhân viên điện nguyên tử (Nuclear Employee), những người này được phép ra vào khu vực cho phép trong nhà máy và ở ngoài nhà máy. Hàng năm tất cả nhân viên được phép ra vào nhà máy (Nuclear employee) phải thi kiểm tra về luật liên bang và kiến thức an toàn khi làm việc (Plant Access Training).

Nhà máy điện nguyên tử và Simulator được khảo sát chu kỳ 2 năm bởi NRC và INPO (Institute of Nuclear Power Operation). Nếu họ tìm ra sai sót hay khuyết điểm, công ty phải có biện pháp sửa sai trong hạn kỳ ấn định. Sai sót tái phạm sẽ bị đóng cửa vĩnh viễn. Surry và North Anna được hạng INPO #1 năm 2013.

Trước khi khánh thành nhà máy điện nguyên tử, Simulator phải được hoàn chỉnh và đào tạo nhân viên điều khiển nhà máy điện nguyên tử. Simulator là trái tim của nhà máy điện nguyên tử. Không có Simulator, nhà máy điện nguyên tử không thể tồn tại.

Sau đây là những websites tiếng Anh nói ở trên:
NRC (Nuclear Regulatory Commission ): http://www.nrc.gov/
INPO (Institute of Nuclear Power Operation): http://www.inpo.info/

ANSI/ANS3.5 ( American National Standards Institute): https://canteach.candu.org/Content%20Library/20044503.pdf
NRC kiểm tra IP71111.11 http://pbadupws.nrc.gov/docs/ML1132/ML113270192.pdf