Lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt nguyên thủy là lò TRIGA Mark II công suất 250 kW, do hãng General Atomic (Mỹ) thiết kế, chế tạo, sử dụng nhiên liệu độ giàu thấp (LEU- Low Enriched Uranium) dưới 20% 235U, đưa vào hoạt động từ tháng 3/1963 và ngừng hoạt động từ đầu năm 1968. Tháng 3/1975, toàn bộ nhiên liệu của lò TRIGA trước đây đã được tháo dỡ và đưa trả về Mỹ. Với sự giúp đỡ của Liên Xô, lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt đã được cải tạo, tăng công suất gấp 2 lần và hoạt động trở lại từ ngày 20/3/1984. Về nhiên liệu, năm 1983, IAEA đã tài trợ kinh phí để Liên Xô cung cấp 140 bó nhiên liệu loại WWR-M2 được làm giàu cao (HEU- Highly Enriched Uranium) với độ giàu 36% 235U. Năm 1990, IAEA tiếp tục tài trợ kinh phí để Việt Nam mua thêm 2 bó nhiên liệu HEU loại WWR-M2 có gắn 9 cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ bề mặt của các thanh nhiên liệu. Như vậy, tổng cộng Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã tiếp nhận 142 bó nhiên liệu độ giàu cao từ Liên Xô.

Năm 2004, nhằm khẳng định cam kết sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình, Việt Nam đã chính thức tham gia vào chương trình chuyển đổi nhiên liệu do Hoa Kỳ, Liên bang Nga và IAEA cùng thống nhất vào cuối năm 1999 dành cho các lò phản ứng nghiên cứu được Liên Xô xây dựng trước đây, gọi là chương trình RRRFR (Russian Research Reactor Fuel Return), theo đó sẽ chuyển đổi toàn bộ nhiên liệu đã qua sử dụng có độ giàu cao  – trên lý thuyết có tiềm ẩn nguy cơ được sử dụng để tái chế thành vật liệu cho vũ khí hạt nhân – sang nhiên liệu có độ giàu thấp cho lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt.

Bắt đầu từ tháng 12/2004, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, với kinh nghiệm của hơn 20 năm làm chủ trong vận hành và khai thác lò phản ứng, đã bắt đầu thực hiện dự án chuyển đổi nhiên liệu của lò với 2 giai đoạn, chuyển đổi một phần vùng hoạt (2004-2007) và chuyển đổi toàn bộ vùng hoạt (2008-2013). Từ tháng 9/2007, các bó nhiên liệu LEU bắt đầu được nạp vào lò phản ứng nghiên cứu Đà Lạt và các chuyên gia của Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã dần dần thay các bó nhiên liệu HEU đã qua sử dụng bằng nhiên liệu LEU tại lõi lò. Giai đoạn thứ nhất kết thúc thành công, các tính toán thiết kế vùng hoạt và phân tích an toàn cho giai đoạn thứ 2 được các cấp có thẩm quyền chấp nhận và cấp phép thực hiện. Tháng 8/2011, tất cả các bó nhiên liệu HEU được lấy ra khỏi vùng hoạt và sau đó, tháng 11/2011 lò phản ứng được khởi động vật lý, đạt trạng thái tới hạn lần đầu với cấu hình 72 bó nhiên liệu độ giàu thấp (19,75% 235U) vào lúc 15:35 ngày 30/11/2011; khác với lần khởi động vật lý vào tháng 10-11/1983, lần này chỉ do các cán bộ của Viện NCHN thực hiện với sự quan sát của các chuyên gia phòng thí nghiệm Argonne của Hoa Kỳ.

Quá trình chuyển trả các bó nhiên liệu HEU về Liên bang Nga

Những bó nhiên liệu HEU đã qua sử dụng được đưa vào thùng vận chuyển SKODA VPVR/M có chế tạo đặc biệt để việc xếp các bó nhiên liệu thực hiện từ trên xuống thay vì từ dưới lên như các thùng vận chuyển thông thường – theo quy trình kỹ thuật do Công ty Sosny R&D xây dựng.

Trước đây, nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng chưa từng được vận chuyển khỏi Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, vì vậy, các chuyên gia đã phải nghiên cứu, khảo sát tỷ mỷ để cải tiến cơ sở hạ tầng của Viện một cách phù hợp, và cung cấp những dữ liệu cần thiết để các chuyên gia quốc tế thiết kế, chế tạo các loại thiết bị đặc chủng phù hợp với điều kiện đặc biệt riêng của lò nghiên cứu Đà Lạt, phục vụ cho 3 mục đích cơ bản: chuyển nhiên liệu đã qua sử dụng từ bể chứa vào thùng trung chuyển; đưa nhiên liệu đã qua sử dụng từ thùng trung chuyển sang thùng vận chuyển SKODA VPVR/M; đưa thùng vận chuyển chứa nhiên liệu lên máy bay. Một trong những khó khăn cơ bản phải sử dụng thùng trung chuyển là do không thể đặt các thùng vận chuyển SKODA VPVR/M với trọng lượng trên 10 tấn ngay trên bể chứa nhiên liệu vì bể có chiều cao 4 m so với mặt đất, trong khi cần trục của lò phản ứng chỉ có sức nâng tối đa là 5 tấn.

Tổng cộng có tới 27 chủng loại và 72 cấu kiện thiết bị được chế tạo, trong đó 10 thiết kế được các chuyên gia quốc tế đánh giá là vô cùng tinh xảo. Từng cấu kiện đều được thử chất lượng, độ bền, và tính an toàn một cách nghiêm ngặt bởi nhà sản xuất, đầu tiên được lắp đặt thử nghiệm ở Dimitrovgrad (Nga), nơi có công trình giả lập tương tự như ở Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, tiếp theo được đóng gói chuyển sang Cộng hòa Czech để thử mức độ tương thích với các thùng vận chuyển SKODA VPVR/M, và trải qua một loạt quy trình kỹ thuật khác trước khi chuyển sang Việt Nam qua tàu biển từ cảng Koper của Slovenia đến cảng Cái Mép, Bà Rịa – Vũng Tàu.

Tại Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, các cán bộ của Viện được hướng dẫn sử dụng các thiết bị qua các đoạn phim chỉ dẫn. Họ phải hiểu tường tận, chính xác vị trí, chức năng, thành phần, và nguyên tắc hoạt động của từng thiết bị, và thực hành với những bó nhiên liệu giả. Sau đó họ trực tiếp tiến hành chuyển các bó nhiên liệu đã qua sử dụng từ bể chứa nhiên liệu vào thùng vận chuyển và kiểm tra rò rỉ; toàn bộ quá trình làm việc được giám sát bởi các chuyên gia thanh sát hạt nhân của IAEA. Ngày 01/7/2013, các bó nhiên liệu HEU đã qua sử dụng được vận chuyển bằng đường bộ với sự bảo vệ an ninh đặc biệt từ Đà Lạt đến sân bay Biên Hòa, đưa thùng vận chuyển vào trong thùng vận tải hàng không có khả năng hấp thụ nhiệt năng, sau đó hai ngày, vào lúc 5:40 ngày 03/7/2013, máy bay vận tải hạng nặng loại AN-124-100 cất cánh, chở tất cả các bó nhiên liệu HEU đã qua sử dụng rời Việt Nam về sân bay Koltsovo (Yekaterinburg, Nga). Như vậy, sau gần 10 năm thực hiện dự án, lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt đã được chuyển đổi nhiên liệu theo đúng kế hoạch, toàn bộ 106 bó nhiên liệu HEU đã qua sử dụng được chuyển trả về Nga trước thời hạn theo quy định là năm 2014.

Những lợi ích cho đất nước

Từ thực tế thực hiện và kết quả đạt được, có thể rút ra một số kết luận về dự án chuyển đổi nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt như sau:

Về mặt kỹ thuật: thông lượng nơtron nhiệt tại các vị trí chiếu mẫu giảm không đáng kể, thậm chí có một vài vị trí được cải thiện tốt hơn nên hiệu quả về khai thác và sử dụng lò phản ứng không bị ảnh hưởng. Về mặt an toàn hạt nhân: đảm bảo các điều kiện về dự trữ dập lò đủ lớn và cũng có đủ dự trữ độ phản ứng cho vận hành và khai thác lò; các giới hạn về thủy nhiệt, độ bất đồng đều về phân bố công suất, … tương tự hoặc tốt hơn vùng hoạt dùng nhiên liệu HEU trước đây. Về quản lý nhiên vật liệu hạt nhân: tất cả các bó nhiên liệu HEU đã được chuyển trả, nghĩa là trong vòng 10 năm tới không còn nhiên liệu đã qua sử dụng trong bể chứa nhiên liệu để quản lý và bảo quản. Điều này tạo thuận lợi về mặt kỹ thuật và tiết kiệm về mặt kinh tế trong việc quản lý và chuyển trả nhiên liệu đã qua sử dụng sau này vì các yêu cầu về an toàn và an ninh trong việc quản lý nhiên liệu LEU sẽ ở mức độ thấp hơn.

Về mặt đào tạo nhân lực: Đội ngũ cán bộ, chuyên gia Việt Nam được trực tiếp thực hiện việc tính toán thiết kế, phân tích an toàn; có cơ hội được tiếp cận, trao đổi với các chuyên gia có kinh nghiệm về thiết kế lò phản ứng nghiên cứu trên thế giới. Vì vậy, đội ngũ cán bộ của Viện NCHN trưởng thành, trình độ chuyên môn được nâng cao, có khả năng tiếp cận nhanh hơn với công việc thiết kế, thẩm định cho lò phản ứng nghiên cứu đa mục tiêu, công suất cao của dự án Trung tâm KH&CN hạt nhân trong thời gian tới.

Về mặt kinh tế: Việc chuyển đổi nhiên liệu giúp thời gian vận hành lò được kéo dài hơn khoảng 10 năm. Theo kết quả tính toán, với số lượng 140 bó nhiên liệu HEU chỉ cho phép vận hành lò phản ứng đến khoảng năm 2021, trong lúc đó với số lượng 102 bó nhiên liệu LEU hiện có, cho phép lò phản ứng vận hành đến khoảng năm 2030 với cùng chế độ làm việc 1300 giờ mỗi năm.

Về mặt quan hệ quốc tế: đã thể hiện được cam kết của Việt Nam là chỉ sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình, thiện chí đó sẽ tạo thuận lợi cho Việt Nam trong việc nhận được sự ủng hộ và tài trợ của IAEA, các tổ chức quốc tế và các nước trong chương trình phát triển điện hạt nhân sắp tới.