Startup Mỹ giới thiệu mô-đun lò phản ứng hạt nhân in 3D, nhắm tới trung tâm dữ liệu và các khu vực ngoài lưới điện

Startup Ampera của Mỹ vừa ra mắt thứ mà hãng gọi là mô-đun lò phản ứng hạt nhân in 3D đầu tiên, với tham vọng cung cấp điện sạch, có thể mở rộng cho trung tâm dữ liệu, lĩnh vực quốc phòng và những địa điểm không kết nối lưới điện quốc gia. Tại sự kiện ở Palm Beach Gardens, bang Florida, công ty đã trình diễn nguyên mẫu microreactor — tức lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ — được trang bị lõi lò và bình chịu áp đều chế tạo bằng công nghệ in 3D. Theo Ampera, cách tiếp cận này có thể mở đường cho mô hình sản xuất lò phản ứng theo kiểu nhà máy, giúp tăng tốc thương mại hóa điện hạt nhân thế hệ mới.

Điểm đáng chú ý trong thiết kế của Ampera là lò phản ứng thorium dạng “subcritical”, hay dưới tới hạn. Trong kỹ thuật hạt nhân, điều này có nghĩa nhiên liệu không thể tự duy trì phản ứng dây chuyền nếu không có tác nhân hỗ trợ từ bên ngoài, nhờ đó giảm nguy cơ tăng công suất mất kiểm soát. Hãng cũng mô tả hệ thống là “solid-state”, tức sử dụng nhiên liệu ở thể rắn thay vì nhiên liệu lỏng. Đây là lựa chọn có thể giúp đơn giản hóa cấu trúc và tăng độ ổn định vận hành, dù vẫn còn phải chứng minh trong thực tế thương mại.

Nhiên liệu mà Ampera theo đuổi sử dụng các hạt TRISO — viết tắt của tristructural isotropic. Đây là loại hạt nhiên liệu siêu bền, trong đó nhân nhiên liệu được bọc bởi nhiều lớp gốm và carbon để giữ sản phẩm phân hạch tốt hơn và tăng khả năng chịu nhiệt. Tuy nhiên, thorium-232 bản thân không phải vật liệu phân hạch trực tiếp, nghĩa là nó không tự tách hạt nhân để giải phóng năng lượng như uranium-235. Thay vào đó, sau khi hấp thụ neutron, thorium-232 sẽ dần chuyển hóa thành uranium-233, một đồng vị có thể phân hạch. Vì vậy, hệ thống cần một nguồn neutron bên ngoài để khởi động và duy trì hoạt động. Ampera cho biết họ có một “neutron driver” độc quyền — có thể hiểu là bộ tạo hoặc cung cấp neutron — nhưng hiện chưa tiết lộ chi tiết kỹ thuật.

Trung tâm công nghệ trong thiết kế của Ampera là lõi lò phản ứng có cấu trúc “spherical monolithic gyroid”. Gyroid là một dạng hình học 3D rất phức tạp, nổi bật nhờ diện tích bề mặt lớn so với thể tích, phù hợp cho truyền nhiệt hiệu quả — yếu tố đặc biệt quan trọng trong lò phản ứng hạt nhân. Do hình dạng này khó chế tạo bằng phương pháp truyền thống, công nghệ additive manufacturing, hay sản xuất bồi đắp/in 3D, trở thành chìa khóa. Ampera cho biết lõi được in bằng silicon carbide, một vật liệu gốm kỹ thuật có khả năng chịu nhiệt cao, bền cơ học tốt và phù hợp với môi trường bức xạ. Công ty tuyên bố thiết kế này có thể hoạt động tới 30 năm mà không cần tiếp nhiên liệu.

Theo kế hoạch, các hệ thống của Ampera sẽ có cấu hình công suất 15 hoặc 30 MWe. Đơn vị MWe là megawatt điện, dùng để đo công suất điện đầu ra thực tế của nhà máy. Đây là mức mà công ty cho rằng đủ để phục vụ một trung tâm dữ liệu điển hình, trong bối cảnh nhu cầu điện cho AI, điện toán đám mây và hạ tầng số đang tăng mạnh. Ampera cũng để ngỏ khả năng phát triển các cấu hình lớn hơn trong tương lai, cho thấy hãng không chỉ nhắm tới các cơ sở điện toán vừa và nhỏ mà còn có thể hướng tới các cụm datacenter quy mô lớn.

CEO Brian Matthews nói Ampera muốn trở thành một trong những công ty đầu tiên công nghiệp hóa điện hạt nhân sản xuất tại nhà máy với thời gian triển khai ngắn. Theo đại diện công ty, phần phát điện của hệ thống có thể sẵn sàng sớm nhất vào năm 2027, trong khi mô-đun hạt nhân hoàn chỉnh dự kiến tới khoảng năm 2030, tùy thuộc vào phê duyệt của cơ quan quản lý. Đây là điểm then chốt, bởi trong ngành hạt nhân, quá trình cấp phép thường kéo dài và đòi hỏi chứng minh nghiêm ngặt về an toàn, vật liệu, vận hành và xử lý sự cố.

Hồi tháng 6, Ampera cho biết đã thành lập công ty con tại Australia để đảm bảo nguồn cung thorium, đồng thời có kế hoạch tự sản xuất các hạt nhân nhiên liệu. Động thái này cho thấy startup không chỉ phát triển lò phản ứng mà còn muốn kiểm soát sâu chuỗi cung ứng nhiên liệu — yếu tố quan trọng nếu muốn mở rộng quy mô và hạn chế biến động giá. Ngoài trung tâm dữ liệu, khách hàng quốc phòng được xem là nhóm tiềm năng lớn. Trước đó, Bộ Không quân Mỹ từng bày tỏ quan tâm tới microreactor cho một số căn cứ nhằm tăng khả năng chống chịu năng lượng khi lưới điện gặp sự cố. Nếu Ampera chứng minh được độ tin cậy của công nghệ, đây có thể là thị trường đầu tiên giúp hãng bứt phá.