Tweet
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là thứ cung cấp năng lượng cho Mặt trời
Các nhà khoa học Hoa Kỳ đã đạt được một cột mốc quan trọng trong nỗ lực hoàn thiện một quy trình có khả năng cung cấp nguồn năng lượng gần như vô hạn.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân không dựa vào nhiên liệu hóa thạch hoặc tạo ra khí nhà kính có hại, do đó cũng có thể giúp giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là gì?
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là quá trình cung cấp năng lượng cho Mặt trời.
Các nhà khoa học từ hơn 50 quốc gia đã cố gắng tái tạo nó trên Trái đất từ những năm 1960.
Họ hy vọng cuối cùng nó có thể cung cấp một lượng lớn năng lượng sạch cho thế giới.
Trong phản ứng tổng hợp hạt nhân, các cặp hạt nhỏ gọi là nguyên tử được nung nóng và buộc lại với nhau để tạo thành một hạt nặng hơn.
Nó trái ngược với phản ứng phân hạch hạt nhân, trong đó các nguyên tử nặng bị tách ra. Các nhà máy điện hạt nhân hiện đang sử dụng phản ứng phân hạch hạt nhân để tạo ra điện.
Tại sao phản ứng tổng hợp hạt nhân rất quan trọng?
Phản ứng phân hạch hạt nhân tạo ra rất nhiều chất thải phóng xạ, có thể gây nguy hiểm và phải được lưu trữ an toàn - có thể trong hàng trăm năm.
Chất thải do phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra ít phóng xạ hơn và phân hủy nhanh hơn nhiều.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân không cần nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ hoặc khí đốt. Nó cũng không tạo ra khí nhà kính, vốn giữ nhiệt của Mặt trời và là nguyên nhân gây ra biến đổi khí hậu .
Hầu hết các thí nghiệm nhiệt hạch đều sử dụng hydro, loại khí có thể được chiết xuất với giá rẻ từ nước biển và lithium, nghĩa là nguồn cung cấp nhiên liệu có thể kéo dài hàng triệu năm .
Nó được mô tả là "chén thánh" của sản xuất năng lượng.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân hoạt động như thế nào?
Khi hai nguyên tử của một nguyên tố nhẹ như hydro được nung nóng và kết hợp để tạo thành một nguyên tố nặng hơn như heli, phản ứng hạt nhân tạo ra một lượng lớn năng lượng có thể thu được.
Nhưng để kết hợp hai yếu tố giống hệt nhau thực sự rất khó.
Vì chúng có cùng điện tích dương nên chúng đẩy nhau một cách tự nhiên.
Cần rất nhiều năng lượng để vượt qua lực cản này.
Ở Mặt trời, điều này xảy ra nhờ nhiệt độ cực cao khoảng mười triệu độ C và áp suất đáng kể - gấp hơn 100 tỷ lần so với bầu khí quyển của Trái đất.
Trên Trái đất, các nhà khoa học đã sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để cố gắng tái tạo những điều kiện này.
Nhưng nó tỏ ra rất khó duy trì nhiệt độ và áp suất cao cần thiết đủ lâu.
Cơ quan Đánh lửa Quốc gia Hoa Kỳ (NIF) đã thông báo họ đã sử dụng thành công tia laser 192 chùm tia để biến một lượng nhỏ hydro thành năng lượng đủ cung cấp cho khoảng 15 - 20 ấm đun nước .
Điều này có nghĩa là - lần đầu tiên - các nhà khoa học có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn so với các tia laser đưa vào thí nghiệm.
Khi nào sẽ có thể tổng hợp hạt nhân quy mô lớn?
Bất chấp một loạt các đột phá đầy hứa hẹn trong vài năm qua, phản ứng tổng hợp hạt nhân quy mô lớn vẫn còn vài năm nữa mới diễn ra.
Lò phản ứng tổng hợp hạt nhân tại phòng thí nghiệm JET ở Anh
Vào tháng 2, các nhà khoa học châu Âu tại phòng thí nghiệm JET có trụ sở tại Vương quốc Anh đã phá kỷ lục thế giới của chính họ về lượng năng lượng được tạo ra trong 5 giây .
Nhưng ngay cả thí nghiệm NIF thành công ở Mỹ cũng không tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để làm cho các tia laser hoạt động ngay từ đầu - và chương trình nghiên cứu để đạt được điều này đã tiêu tốn hàng tỷ đô la.
Mặc dù các nhà vật lý đã hoan nghênh các kết quả của Hoa Kỳ - và mô tả chúng như một khoảnh khắc đột phá thực sự - nhưng họ chỉ ra rằng cần phải nghiên cứu thêm nữa trước khi có thể sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân để cung cấp năng lượng cho các hộ gia đình hoặc doanh nghiệp.
Các nhà khoa học hiện sẽ tập trung vào việc tái tạo phản ứng tổng hợp nhanh hơn và rẻ hơn.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân an toàn như thế nào?
Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đã gọi phản ứng tổng hợp hạt nhân là "về bản chất là an toàn."
Các điều kiện cần thiết để bắt đầu và duy trì một phản ứng nhiệt hạch khắc nghiệt đến mức nó không thể vượt khỏi tầm kiểm soát.
Sehila González de Vicente của IAEA giải thích: "Sự hợp hạch là một quá trình tự giới hạn: nếu bạn không thể kiểm soát phản ứng, cỗ máy sẽ tự tắt".
Mức độ chất thải phóng xạ do quá trình tạo ra thấp hơn so với phản ứng phân hạch hạt nhân cũng như dễ xử lý và lưu trữ hơn nhiều.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể giúp giải quyết sự nóng lên toàn cầu?
Phản ứng tổng hợp hạt nhân không dựa vào nhiên liệu hóa thạch như dầu hoặc khí đốt và không tạo ra khí nhà kính nào gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu.
Không giống như năng lượng mặt trời hoặc gió, nó không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết thuận lợi.
Nó sử dụng hai vật liệu tương đối phong phú được tìm thấy trên Trái đất: lithium và hydro.
Việc sử dụng rộng rãi phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể giúp các quốc gia đạt được mục tiêu tạo ra lượng khí thải "bằng 0" vào năm 2050 .
Tuy nhiên, sẽ mất nhiều năm trước khi những thành công thử nghiệm gần đây có thể được nhân rộng một cách có ý nghĩa. (BBC)