Đường vào thành phố Zelenogorsk.

Xí nghiệp Điện hoá Zelenogorsk

Zelenogorsk từng được gọi là “thành phố cấm”, thuộc đô thị Zelenogorsk, cách thủ phủ Krasnoiarsk, Siberi khoảng 200 km. Tại đây có một xí nghiệp được xếp vào diện bí ẩn nhất nhất hành tinh mang tên Xí nghiệp Điện hoá Zelenogorsk (ZEP). Sau 11 giờ hành trình từ Mátxcơva và qua nhiều trạm kiểm soát nghiêm ngặt, Pavel Orlov tới được xí nghiệp làm giàu uranium lớn nhất thế giới xưa và nay nhưng bề ngoài lại rất bình thường, không có bất kỳ dấu hiệu nào được cho là "tuyệt mật". Ngay cách bố trí xí nghiệp cũng rất đơn giản gồm một tòa nhà hành chính, bốn xưởng chính, mỗi xưởng dài gần 1 km và khoảng 15 công trình phụ trợ.

ZEP tọa lạc tại một vùng đất có phong cảnh tuyệt đẹp, bao quanh là đồi cây Taiga, kề cạnh sông Kan hùng vĩ. Ngoài các công xưởng chính, toàn bộ xí nghiệp là những thảm cỏ, công viên mini được chăm sóc cẩn thận, đôi khi việc di chuyển giữa các xưởng, thậm chí ngay trong một xưởng cũng phải dùng tới xe đạp hoặc xe điện. Mặc dù tọa lạc ở vị trí đắc địa, thanh bình nhưng ZEP lại là nơi làm giàu tới 1/3 lượng uranium của Nga hay 15% lượng uranium được sử dụng trên toàn thế giới. Chưa hết, bằng thiết bị máy ly tâm, ZEP còn sản xuất tới 30% thị phần đồng vị bền trên thế giới, 95 đồng vị của 19 nguyên tố.

Việc cho ra đời các loại máy ly tâm khí để tách các đồng vị uranium (urani) là một trong những bí mật quốc gia được Nga giữ kín trong nhiều thập kỷ. Ngoài Nga, hiện trên thế giới chỉ có một công ty duy nhất có thể sản xuất được những máy ly tâm khí kiểu này, đó là Công ty URENCO, một liên danh của Anh, Đức và Hà Lan.

2.000 vòng quay mỗi giây, kỷ lục “không tưởng"

Bất kỳ công dân Nga nào cũng cảm thấy hãnh diện và pha chút tự hào bởi họ đứng đầu thế giới về khả năng tự chế tạo máy ly tâm. Bí mật ở đây chính là tốc độ quay cực lớn của máy ly tâm khí với 2.000 vòng/giây, nhanh gấp 5 lần động cơ turbin phản lực ở tốc độ cực đại. Trong hơn 30 năm vận hành, nó đã quay tới 1,89 nghìn tỷ vòng, con số vượt qua trí tưởng tượng của con người.

Xí nghiệp Zelenogorsk nhìn từ bên ngoài.

Mục tiêu chủ yếu của các máy ly tâm khí là để tách các đồng vị uranium. Quặng uranium chỉ có 0,7% là đồng vị uranium 235 (U-235), số còn lại là uranium 238 (U-238), cái con người cần chính là đồng vị U-235 dùng cho ngành công nghiệp nguyên tử. Các nhà máy điện nguyên tử cần tới các thanh nhiên liệu được làm giàu đến 4,5% U-235,  uranium phải được làm giàu đến 90% hoặc cao hơn mới có thể sản xuất được vũ khí hạt nhân. Ban đầu, con người sử dụng công nghệ khuếch tán để làm giàu uranium, uranium được biến thành khí, kết hợp với flor để tạo ra hexafluoride uranium (UF6) sau đó cho qua các màng bán mịn kim loại. 

Một lượng lớn các nguyên tử lớn hơn, có chứa U-238 không thể thấm qua màng kim loại tạo ra quá trình phân ly giữ lại các phân tử có chứa U-235. Những năm 40 ở thế kỷ trước, để sản xuất được 70 gam uranium có mức độ giàu đến 92%, Liên Xô khi đó đã phải huy động tới 3.100 thiết bị khuếch tán khí làm việc suốt 24 giờ liên tục. Giá thành của quá trình này chưa bao giờ được tiết lộ song theo một thông tin từ nhà máy làm giàu uranium bằng phương pháp khuếch tán khí đầu tiên xây dựng tại Oak Ridge, bang Tennessessee (Mỹ), chi phí đã lên tới nửa tỷ USD riêng cho hạng mục xây dựng, trong khi giá một chiếc ôtô Chevrolet cùng thời chỉ 800 USD.

Một trong những kỳ tích nổi bật khác của ZEP là có một khối lượng cực lớn các máy ly tâm nhưng toàn bộ quy trình làm giàu uranium đều được tự động hóa. Những người điều khiển kiểm soát sản xuất qua màn hình. Tuy là một nhà máy cực lớn nhưng ZEP chỉ có 1.800 nhân công làm việc so với con số gần 10 nghìn người trong thời kỳ Liên Xô trước đây. 

Công nghệ thế hệ thứ 9

Để khắc phục những hạn chế tồn tại, năm 1958, xí nghiệp có tên Mailbox Nr. 50 (Hiện mang tên mới là Vladimir Production Association Tochmash) đã chuyển sang chế tạo hàng loạt máy ly tâm khí đầu tiên. 20 năm sau, công nghệ này vẫn còn được nhiều nơi trên thế giới sử dụng. Cho đến nay đã có nhiều thế hệ máy li tâm được nâng cấp và cải tiến, thế hệ hiện có là thứ 9 và 10 đang được thử nghiệm. Tuy vẫn dùng nguyên liệu đầu vào như cũ nhưng thế hệ thứ 9 có hiệu suất làm việc cao gấp 6 lần những thế hệ đi trước, tuổi thọ cao gấp 10 lần, từ 3 năm lên 30 năm. Việc làm giàu trên các máy ly tâm hiện đại của Nga rẻ hơn khoảng 20 lần và tiêu hao năng lượng cũng ít hơn hàng chục lần so với phương pháp làm giàu bằng công nghệ khuếch tán khí truyền thống.

Hệ thống máy ly tâm khí của ZEP.

Nhờ duy trì và kế thừa công nghệ phân ly uranium của Liên Xô trước, nước Nga ngày nay có thể sản xuất được 45% nhiên liệu uraninum dùng trên thế giới, trong khi đó Nga chỉ có 34 nhà máy điện hạt nhân trong tổng số 439 nhà máy điện hạt nhân của hành tinh. Uranium làm giàu của Nga được hầu hết cường quốc thế giới mua và sử dụng. Các đơn đặt hàng từ châu Âu, Mỹ, Phi và châu Á thường được ký cho giai đoạn 10 năm mỗi lần. Đồng vị sau phân ly (làm giàu hoặc làm nghèo) được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác nhau, như trong y tế, công nghiệp nguyên tử và điện tử, dùng cho nghiên cứu vật lý cơ bản và công nghệ cao. 

Một trong những ứng dụng nổi bật của đồng vị sau phân ly là để chế tạo các thiết bị thử test hơi thở phát hiện khuẩn Helicobacter pylori, chuẩn cho các phép đo khối lượng, máy dò neutrino, thiết bị chẩn đoán ung thư, thiết bị ổn định phản ứng hạt nhân và cho rất nhiều ứng dụng khác. Sản phẩm của ZEP được xuất khẩu sang 30 quốc gia, trong đó có Đức, Anh, Mỹ và Canada. 

Bí quyết xử lý chất thải của ZEP 

Trong 75 năm trở lại đây, con người đã không ngừng làm giàu uranium, tích tụ gần 2 triệu tấn hexafluoride uranium dưới dạng chất thải. Chúng được bảo quản trong các container siêu bền chuyên dụng để ngoài trời, tạo ra mối quan tâm “khó chịu” về môi trường. Một trong những phương án xử lý chất thải uranium của ZEP áp dụng là đưa chúng trở lại quặng thô. ZEP là một doanh nghiệp đầu tiên tại Nga và thứ hai trên thế giới sau Pháp dùng công nghệ AREVA NC có nhiệm vụ chuyển đổi hexafluoride uranium (UF6) thành Triuranium octoxide. Các lò phản ứng có nhiệm vụ trộn UF6 với hơi nước. Trong quá trình phản ứng, florua được thay thế bằng oxy và acid hydrofluoric, hydro florua để sản xuất Triurani octoxide sau đó được đóng gói trong các thùng chứa để có thể bảo quản an toàn lâu dài.

Nhờ có giải pháp nói trên, môi trường ở ZEP được bảo đảm an toàn. Zelenogorsk đầy hoa lá, cây cỏ và là thành phố yên bình, xanh, sạch nhất trong bán kính 500 km cũng như của cả khu vực Siberi hiện nay. Cư dân Zelenogorsk dành nhiều thời gian trong các khu thể thao và chính điều này khiến du khách khi đến thăm Zelenogorsk có cảm giác như đang sống thanh bình trong thời kỳ hoàng kim của Liên Xô những năm 70 của thế kỷ trước.

Duy Hùng (Theo Getrussia.com)