Năng lượng hạt nhân từ lâu đã được xem là một trong những nguồn năng lượng mạnh mẽ và hiệu quả nhất. Tuy nhiên, vấn đề chất thải phóng xạ vẫn là thách thức lớn nhất đối với ngành này. Chất thải hạt nhân không chỉ độc hại mà còn có chu kỳ bán rã kéo dài hàng triệu năm, gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho môi trường và sức khỏe con người. Trong bối cảnh đó, nhà vật lý Gérard Mourou, người đoạt giải Nobel, đã mở ra một hướng đi mới đầy triển vọng với công nghệ laser siêu mạnh, hứa hẹn cắt giảm thời gian tồn tại của chất thải hạt nhân từ hàng triệu năm xuống chỉ còn 30 phút.

Gérard Mourou và Donna Strickland đã phát triển công nghệ Khuếch đại xung Chirped (CPA), một bước tiến lớn trong lĩnh vực laser. CPA tạo ra các xung laser cực ngắn với cường độ cao, chứa lượng công suất khổng lồ trong khoảng thời gian rất ngắn. Công nghệ này ban đầu được thiết kế để tạo ra các vết cắt chính xác cao, ứng dụng trong y tế và công nghiệp.

Tuy nhiên, Mourou nhận ra rằng CPA còn có tiềm năng ứng dụng vượt xa kỳ vọng ban đầu, đặc biệt là trong việc xử lý chất thải hạt nhân. Các xung laser cực mạnh của CPA có khả năng tác động trực tiếp lên hạt nhân nguyên tử, làm thay đổi cấu trúc của chúng bằng cách thêm hoặc bớt neutron. Điều này sẽ chuyển đổi chất thải hạt nhân phóng xạ thành các dạng nguyên tử mới an toàn hơn, không còn phóng xạ hoặc có chu kỳ bán rã rất ngắn.

Chất thải hạt nhân bao gồm các nguyên tử phóng xạ có cấu trúc hạt nhân ổn định ở mức độ rất thấp, khiến chúng phát ra bức xạ trong thời gian dài. Mourou giải thích rằng bằng cách thay đổi cấu tạo hạt nhân – thêm hoặc bớt neutron – các đặc tính của nguyên tử sẽ thay đổi hoàn toàn. Kết quả là thời gian tồn tại của chất thải phóng xạ, vốn kéo dài hàng triệu năm, có thể giảm xuống chỉ còn vài chục phút.

Quá trình này được gọi là "biến đổi" và là trọng tâm nghiên cứu của Mourou, với sự hợp tác của Ủy ban Năng lượng Nguyên tử và Năng lượng Thay thế (CEA) tại Pháp. Dù công nghệ này cần thêm 10-15 năm để hoàn thiện và ứng dụng, thời gian đó vẫn rất ngắn so với chu kỳ bán rã của các chất thải phóng xạ.

Những lợi ích vượt trội của công nghệ CPA: Giảm thiểu nguy cơ môi trường, xử lý triệt để chất thải phóng xạ sẽ giảm nguy cơ ô nhiễm đất và nước, bảo vệ hệ sinh thái; Tiết kiệm chi phí lưu trữ. Hiện nay, các nước phải đầu tư khổng lồ vào việc lưu trữ chất thải hạt nhân trong các kho chứa chuyên dụng, thường được thiết kế để tồn tại hàng nghìn năm. Công nghệ CPA có thể giúp loại bỏ chi phí này, mở ra tiềm năng mới cho năng lượng hạt nhân: Nếu vấn đề chất thải được giải quyết, năng lượng hạt nhân sẽ trở thành một nguồn năng lượng sạch và bền vững, góp phần giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Dù tiềm năng của công nghệ CPA rất lớn, vẫn còn một số thách thức cần vượt qua:

Chi phí phát triển: Việc xây dựng và vận hành các hệ thống laser siêu mạnh đòi hỏi đầu tư lớn.

Ứng dụng thực tế: Công nghệ này cần được kiểm chứng trên quy mô lớn để đảm bảo tính hiệu quả và an toàn.

Hợp tác quốc tế: Xử lý chất thải hạt nhân là vấn đề toàn cầu, đòi hỏi sự phối hợp giữa các quốc gia trong việc nghiên cứu, phát triển và triển khai.

Tuy nhiên, với những tiến bộ khoa học hiện nay, khả năng ứng dụng thực tế của công nghệ CPA trong 10-15 năm tới là hoàn toàn khả thi. Khi thành công, đây sẽ là bước ngoặt lớn, không chỉ đối với ngành năng lượng hạt nhân mà còn đối với sự phát triển bền vững của nhân loại.

Công nghệ laser siêu mạnh của Gérard Mourou mang đến một giải pháp đầy hứa hẹn cho vấn đề xử lý chất thải hạt nhân – một trong những thách thức lớn nhất của ngành năng lượng hiện đại. Nếu hiện thực hóa thành công, công nghệ này không chỉ giảm thiểu tác động tiêu cực của chất thải phóng xạ mà còn mở ra một kỷ nguyên mới cho năng lượng hạt nhân bền vững. Mặc dù còn nhiều việc phải làm, nhưng với tầm nhìn và sự cống hiến của các nhà khoa học, tương lai của việc xử lý chất thải hạt nhân bằng laser đang đến gần hơn bao giờ hết.

Nguồn: NASATI