Năng lượng nhiệt hạch - không còn là giấc mơ xa vời

Con người đang tiến gần hơn tới việc chạm 1 tay vào năng lượng nhiệt hạch. Với 1kg nhiên liệu nhiệt hạch chứa năng lượng gấp 10 triệu lần 1kg than đá, gấp 3-4 lần năng lượng được tạo ra từ phản ứng phân hạch, không thải ra khí nhà kính hay chất phóng xạ.

Ngày 11/2, các nhà khoa học tại Trung tâm Culham về Năng lượng Nhiệt hạch ở Oxfordshire một cơ sở thí nghiệm nhiệt hạch ở Oxfordshire (Anh), đã giải phóng 59 mêga jun (MJ) nhiệt lượng trong 5 giây - tương đương khoảng 14kg thuốc nổ TNT - bằng một lò phản ứng hạt nhân có tên Joint European Torus (JET). Đây là một kỷ lục mới của nhân loại, gấp đôi kỷ lục trước đó là 21,7 MJ được thiết lập vào năm 1997 cũng bởi cơ sở này.

Mặc dù chỉ kéo dài 5 giây, phản ứng dừng lại không phải do hết năng lượng, mà bởi thiết bị hỗ trợ trở nên quá nóng. Điều này mở ra tương lai tươi sáng rằng, với những trang thiết bị tốt hơn, các phản ứng nhiệt hạch sẽ kéo dài 5 phút, hoặc 5 tiếng, thậm chí là vài ngày. Tuy nhiên, xét về tính hiệu quả, năng lượng đầu ra của phản ứng trên vẫn ít hơn năng lượng đầu vào. Nói cách khác, thí nghiệm chưa "có lãi" về mặt năng lượng - thành tựu chưa một phản ứng nhiệt hạch nào đạt tới.

Nhưng vì sao thành tựu trên vẫn xứng đáng nhận được sự quan tâm của xã hội? Bởi năng lượng nhiệt hạch có tiềm năng cung cấp năng lượng sạch trên quy mô toàn cầu. 1kg nhiên liệu nhiệt hạch chứa năng lượng gấp khoảng 10 triệu lần so với 1kg than, dầu hoặc khí đốt. Năng lượng nhiệt hạch không thải ra khí nhà kính và không để lại chất thải phóng xạ, vì vậy những thảm hoạ như Chernobyl hay Fukushima sẽ không xảy ra. Đó là những đặc điểm mà không loại hình năng lượng nào khác có được.

Nhiều người sẽ thắc mắc vì sao tiềm năng của năng lượng nhiệt hạch vẫn chưa được khai phá. Để tạo ra phản ứng nhiệt hạch, lò phản ứng phải đạt nhiệt độ gấp 10 lần nhiệt độ tại tâm mặt trời - khoảng 150 triệu độ C. Không chỉ vậy, lò phản ứng còn phải tạo ra một mạng lưới từ trường vô hình mạnh hơn của trái đất 80.000 lần để kiểm soát và hạn chế nhiên liệu.

Ảnh minh họa

Nhưng các nhà khoa học đang ngày càng tiến xa hơn. Tháng 8/2021, một thí nghiệm nhiệt hạch tại Mỹ suýt chút nữa đã "lãi" về năng lượng. Tháng 12/2021, các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc đốt nóng lò phản ứng với nhiệt độ 150 triệu độ C và kiểm soát vật chất trong đó, dù chưa có loại nhiên liệu cần thiết. Và trong 3 tháng cuối năm 2021, tổng vốn đầu tư vào phát triển năng lượng nhiệt hạch đã tăng hơn gấp đôi lên con số 4,2 tỷ USD.

Dù vậy, sẽ còn rất lâu cho đến khi bạn dùng năng lượng nhiệt hạch để thắp sáng ngôi nhà của mình. Những nhà máy thử nghiệm sẽ chỉ xuất hiện sớm nhất vào năm 2025, và năng lượng nhiệt hạch sẽ không được đưa vào lưới điện trong ít nhất là 30 năm nữa. Chúng ta sẽ vẫn phải dựa rất nhiều vào năng lượng hạt nhân ( được tạo ra từ phản ứng phân hạch) và năng lượng tái tạo.

Tái tạo lại phản ứng của những vì sao là thử thách công nghệ lớn nhất từ trước đến nay của con người. Nhưng nếu chúng ta có thể sử dụng năng lượng nhiệt hạch để sản xuất điện, đó sẽ là một bước ngoặt của lịch sử nhân loại, tương tự như việc phát hiện ra điện hoặc phát minh ra động cơ đốt trong.

Phản ứng nhiệt hạch (hay phản ứng tổng hợp hạt nhân) mô phỏng lại quá trình phản ứng ở lõi của các ngôi sao như Mặt Trời. Đó quá trình hai hạt nhân nguyên tử nhẹ hợp lại với nhau để tạo thành một hạt nhân nặng hơn đồng thời giải phóng một lượng lớn năng lượng.

"Lò phản ứng nhiệt hạch không thể tạo ra tai nạn nguyên tử, vì việc tạo năng lượng hợp hạch không dựa trên phản ứng chuỗi như phân hạch." - Tổ chức Năng lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA).

Năng lượng của các phản ứng nhiệt hạch được cung cấp từ loại nhiên liệu dựa trên hai đồng vị của hydro là deuterium và tritium. Sau khi kết hợp với nhau, chúng sẽ tạo thành khí heli - loại khí vô hại với môi trường. Trong khi deuterium có rất nhiều trong nước biển, tritium lại cực kỳ hiếm và chỉ được sản xuất trong các lò phản ứng hạt nhân.

 

Link gốc


  • 15/02/2022 09:37
  • Nguồn: ngaynay.vn