Bronze Medal
Giới tính
Posts
Coins
Thanked
StatusCác nhà vật lý quốc tế sẽ xây dựng một nhà máy trị giá
5 tỉ euro lớn nhất từ trước đến nay để sản xuất năng lượng thông qua
phản ứng tổng hợp hạt nhân. Nhờ nó, chỉ với ba chai nước người ta có
thể cấp điện cho một gia đình trong cả năm.
Từ nửa thế kỷ nay nhiều nhà vật lý trên toàn thế giới
luôn cố gắng tìm cách tạo ra điện và nhiệt từ phản ứng tổng hợp hạt
nhân, dù dư luận không còn hy vọng rằng nỗ lực của họ sẽ mang lại một
cái gì đó có ích. Nhưng vào lúc gần như không còn ai quan tâm đến công
việc của họ thì các nhà vật lý plasma lại đạt được nhiều tiến bộ đáng
ngạc nhiên.
Günther Hasinger, Giám đốc của Viện Max Planck về vật
lý plasma (IPP) tại Garching (Đức), nói: "Chúng tôi đang tiến đến gần
một đột phá. Nếu có một chương trình Apollo cho tổng hợp hạt nhân thì
chúng tôi có thể xây một lò phản ứng cung cấp điện và nhiệt ngay từ đầu
thiên niên kỷ mới rồi. Hiện giờ chúng tôi chỉ còn thiếu số tiền cần
thiết cho một lò phản ứng lớn như thế".
Phản ứng tổng hợp hạt nhân tự xảy ra bên trong các vì
sao. Dưới một áp suất khủng khiếp, các hạt nhân hydro (H) nhẹ tổng hợp
thành Heli (He). Năng lượng được giải phóng trong quá trình đó lớn đến
mức gần như không thể tưởng tượng được. Trong hàng tỷ năm qua, phản ứng
tổng hợp hạt nhân cung cấp ánh sáng và nhiệt cho sự sống trên trái đất.
Thế nhưng người ta không thể mô phỏng mặt trời một cách đơn giản trong
phòng thí nghiệm trên địa cầu.
Không một cỗ máy nào trên trái đất có khả năng tạo
nên một áp suất cao như trên các ngôi sao. Các nhà khoa học cố gắng bù
trừ khiếm khuyết này bằng cách đốt nóng dòng khí hydro tích điện lên
đến 100 triệu độ C để tạo ra nhiệt độ lớn hơn cả bề mặt mặt trời. Nhưng
điều khiển plasma thành hình là việc khó. Người ta phải dùng nhiều nam
châm cực mạnh để giữ nó lơ lửng trong lò phản ứng, vì một khi chạm vách
lò nó sẽ bị lẫn tạp chất và nguội đi, khiến quá trình tổng hợp hạt nhân
ngừng ngay lập tức.
Cho đến nay, do cách nhiệt plasma chưa đủ tốt nên
phản ứng nhiệt hạch trong phòng thí nghiệm giải phóng quá ít năng
lượng. Kết quả là các phản ứng không có đủ năng lượng để tự duy trì quá
trình tổng hợp. Nếu không được cung cấp nhiệt lượng liên tục từ bên
ngoài, quá trình tổng hợp hạt nhật sẽ lụi tàn. Nhưng vẫn còn một giải
pháp: Xây một máy tổng hợp hạt nhân thật lớn.
"Nếu chúng tôi tăng thể tích của plasma thì thất thoát nhiệt sẽ tự động giảm xuống", ông Hasinger giải thích.
Để chứng minh rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân thật sự
có khả năng sản xuất năng lượng, các nhà khoa học dự định xây một cỗ
máy khổng lồ. Trong vài tháng tới một nhà máy tổng hợp hạt nhân mang
tên "Iter" sẽ được xây tại trung tâm nghiên cứu hạt nhân Cadarache ở
miền nam nước Pháp. Theo tính toán, lò thí nghiệm có công suất 500 MW
sẽ cung cấp gấp 10 lần số năng lượng phải tiêu tốn để đun nóng plasma
của nó. Ông Hasinger nói: "Trong10 đến 12 năm nữa, khi Iter bắt đầu
hoạt động, sẽ chẳng còn ai hoài nghi rằng liệu đây có phải là một sự
đầu tư tốt hay không".
Noài EU còn có Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và Hàn
Quốc tham gia dự án trị giá 5 tỷ Euro này. Ngay hiện giờ người ta đã dự
đoán rằng chi phí cho Iter còn tăng thêm 30% nữa.
Trong một phản ứng tổng hợp hạt nhân, khối lượng được
biến đổi thành năng lượng. Vì thế nên một lò phản ứng có công suất
1.000 MW cần rất ít chất đốt: 1 kg hydro có thể cung cấp điện tương
đương với 11.000 tấn than.
Hydro nặng (tức đơteri) có thể được sản xuất với khối
lượng gần như vô tận từ nước biển. Người ta sẽ không còn phụ thuộc vào
những nguyên liệu hóa thạch như dầu mỏ hay khí đốt nữa. Khác với một
nhà máy nhiệt điện, lò phản ứng tổng hợp hạt nhân không giải phóng bất
kỳ loại khí thải độc hại nào vào bầu khí quyển.
Nguy cơ xảy ra rủi ro cũng gần như không có, vì quá
trình tổng hợp sẽ tự ngừng ngay khi có một sự cố nhỏ nhất. Chất thải
phóng xạ hình thành khi bắn hạt neutron giàu năng lượng vào vách phía
trong của lò phản ứng. Chỉ sau khoảng 100 năm, độ phóng xạ của chúng
yếu đến mức không thể gây nguy hiểm.
Chất đốt triti cũng có độ an toàn tương tự. Đồng vị
này của H có hoạt tính phóng xạ yếu, chu kỳ bán phân rã chỉ vào khoảng
12,3 năm. Trong lò phản ứng Iter, triti sẽ được pha trộn vào plasma của
đơteri nhằm nâng cao hiệu suất năng lượng.
Các đây vài tuần, các nhà vật lý học tại Garching vừa
khám phá một cách mới để cải tiến quá trình tổng hợp. Qua nhiều thí
nghiệm chưa được công bố, họ phát hiện rằng pha trộn nitơ (N) vào hỗn
hợp mang lại hiệu quả rất lớn.
Thay vì nguội đi do lẫn tạp chất, nhiệt độ của plasma
trong lò phản ứng lại tăng lên – và đồng thời năng lượng được giải
phóng cũng tăng gấp đôi. "Chúng tôi chưa thật sự thấu hiểu hết hiện
tượng này, nhưng rõ ràng N làm tăng độ cách nhiệt", Hasinger nói.
Thách thức lớn nhất đối với các nhà nghiên cứu là xây
dựng một bẫy từ tốt hơn để giữ plasma. Tất cả các lò phản ứng tổng hợp
bình thường đều có một điểm yếu về kết cấu: Nhiều xung điện được bắn
vào khí H tích điện để tạo nên từ trường giữ plasma, đồng thời cũng làm
cho nó trở nên khó kiểm soát hơn.
"Chúng tôi buộc plasma tự xây nhà giam cho nó bằng
các xung điện. Nó phản ứng lại bằng cách lồng lên trong bẫy từ này
giống như một con thú hoang và tìm cách thoát ra ngoài. Vì thế nên phải
liên tục điều chỉnh dòng điện", Hasinger kể.
Trong thời gian tới, các chuyên gia của Viện Max
Planck sẽ thử nghiệm một lựa chọn khác ổn định hơn. Tại một chi nhánh
của viện ở thành phố Greifswald, lò phản ứng thí nghiệm "Wendelstein
7-X" (trị giá trên 400 triệu Euro) đang được xây dựng. Nó hoạt động dựa
trên một nguyên tắc kết cấu hoàn toàn khác.
Điểm đặc biệt của "Wendelstein 7-X" là bẫy từ chỉ do
các cuộn dây dẫn điện bên ngoài tạo thành, plasma được giam giữ an toàn
ở bên trong. Nhờ siêu máy tính hiện đại nhất thế giới người ta có thể
tính toán được hình dáng chính xác của những cuộn nam châm này. Mỗi một
cuộn nam châm nặng 6 tấn, trị giá 1 triệu Euro và người ta sử dụng tới
70 cuộn như vậy. Khi được nối lại với nhau, chúng tạo nên một bẫy từ
khổng lồ.
5 năm tới thí nghiệm đầu tiên sẽ được bắt đầu. "Nếu
chúng tôi thành công thì điều này sẽ thay đổi thế giới. Bạn cứ hãy
tưởng tượng là chỉ với 3 chai nước người ta sẽ có khả năng cung cấp
điện cho cả gia đình trong một năm", Hasinger tiết lộ.
5 tỉ euro lớn nhất từ trước đến nay để sản xuất năng lượng thông qua
phản ứng tổng hợp hạt nhân. Nhờ nó, chỉ với ba chai nước người ta có
thể cấp điện cho một gia đình trong cả năm.
Từ nửa thế kỷ nay nhiều nhà vật lý trên toàn thế giới
luôn cố gắng tìm cách tạo ra điện và nhiệt từ phản ứng tổng hợp hạt
nhân, dù dư luận không còn hy vọng rằng nỗ lực của họ sẽ mang lại một
cái gì đó có ích. Nhưng vào lúc gần như không còn ai quan tâm đến công
việc của họ thì các nhà vật lý plasma lại đạt được nhiều tiến bộ đáng
ngạc nhiên.
Günther Hasinger, Giám đốc của Viện Max Planck về vật
lý plasma (IPP) tại Garching (Đức), nói: "Chúng tôi đang tiến đến gần
một đột phá. Nếu có một chương trình Apollo cho tổng hợp hạt nhân thì
chúng tôi có thể xây một lò phản ứng cung cấp điện và nhiệt ngay từ đầu
thiên niên kỷ mới rồi. Hiện giờ chúng tôi chỉ còn thiếu số tiền cần
thiết cho một lò phản ứng lớn như thế".
Phản ứng tổng hợp hạt nhân tự xảy ra bên trong các vì
sao. Dưới một áp suất khủng khiếp, các hạt nhân hydro (H) nhẹ tổng hợp
thành Heli (He). Năng lượng được giải phóng trong quá trình đó lớn đến
mức gần như không thể tưởng tượng được. Trong hàng tỷ năm qua, phản ứng
tổng hợp hạt nhân cung cấp ánh sáng và nhiệt cho sự sống trên trái đất.
Thế nhưng người ta không thể mô phỏng mặt trời một cách đơn giản trong
phòng thí nghiệm trên địa cầu.
 |
| Buồng plasma của lò phản ứng nhiệt hạch tại Viện Max Planck ở Garching. Ảnh: Spiegel. |
Không một cỗ máy nào trên trái đất có khả năng tạo
nên một áp suất cao như trên các ngôi sao. Các nhà khoa học cố gắng bù
trừ khiếm khuyết này bằng cách đốt nóng dòng khí hydro tích điện lên
đến 100 triệu độ C để tạo ra nhiệt độ lớn hơn cả bề mặt mặt trời. Nhưng
điều khiển plasma thành hình là việc khó. Người ta phải dùng nhiều nam
châm cực mạnh để giữ nó lơ lửng trong lò phản ứng, vì một khi chạm vách
lò nó sẽ bị lẫn tạp chất và nguội đi, khiến quá trình tổng hợp hạt nhân
ngừng ngay lập tức.
Cho đến nay, do cách nhiệt plasma chưa đủ tốt nên
phản ứng nhiệt hạch trong phòng thí nghiệm giải phóng quá ít năng
lượng. Kết quả là các phản ứng không có đủ năng lượng để tự duy trì quá
trình tổng hợp. Nếu không được cung cấp nhiệt lượng liên tục từ bên
ngoài, quá trình tổng hợp hạt nhật sẽ lụi tàn. Nhưng vẫn còn một giải
pháp: Xây một máy tổng hợp hạt nhân thật lớn.
"Nếu chúng tôi tăng thể tích của plasma thì thất thoát nhiệt sẽ tự động giảm xuống", ông Hasinger giải thích.
Để chứng minh rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân thật sự
có khả năng sản xuất năng lượng, các nhà khoa học dự định xây một cỗ
máy khổng lồ. Trong vài tháng tới một nhà máy tổng hợp hạt nhân mang
tên "Iter" sẽ được xây tại trung tâm nghiên cứu hạt nhân Cadarache ở
miền nam nước Pháp. Theo tính toán, lò thí nghiệm có công suất 500 MW
sẽ cung cấp gấp 10 lần số năng lượng phải tiêu tốn để đun nóng plasma
của nó. Ông Hasinger nói: "Trong10 đến 12 năm nữa, khi Iter bắt đầu
hoạt động, sẽ chẳng còn ai hoài nghi rằng liệu đây có phải là một sự
đầu tư tốt hay không".
Noài EU còn có Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và Hàn
Quốc tham gia dự án trị giá 5 tỷ Euro này. Ngay hiện giờ người ta đã dự
đoán rằng chi phí cho Iter còn tăng thêm 30% nữa.
Trong một phản ứng tổng hợp hạt nhân, khối lượng được
biến đổi thành năng lượng. Vì thế nên một lò phản ứng có công suất
1.000 MW cần rất ít chất đốt: 1 kg hydro có thể cung cấp điện tương
đương với 11.000 tấn than.
Hydro nặng (tức đơteri) có thể được sản xuất với khối
lượng gần như vô tận từ nước biển. Người ta sẽ không còn phụ thuộc vào
những nguyên liệu hóa thạch như dầu mỏ hay khí đốt nữa. Khác với một
nhà máy nhiệt điện, lò phản ứng tổng hợp hạt nhân không giải phóng bất
kỳ loại khí thải độc hại nào vào bầu khí quyển.
Nguy cơ xảy ra rủi ro cũng gần như không có, vì quá
trình tổng hợp sẽ tự ngừng ngay khi có một sự cố nhỏ nhất. Chất thải
phóng xạ hình thành khi bắn hạt neutron giàu năng lượng vào vách phía
trong của lò phản ứng. Chỉ sau khoảng 100 năm, độ phóng xạ của chúng
yếu đến mức không thể gây nguy hiểm.
 |
| Lò phản ứng (hình vẽ) tại Trung tâm nghiên cứu hạt nhân Cadarache ở Nam Pháp. Ảnh: Spiegel. |
Chất đốt triti cũng có độ an toàn tương tự. Đồng vị
này của H có hoạt tính phóng xạ yếu, chu kỳ bán phân rã chỉ vào khoảng
12,3 năm. Trong lò phản ứng Iter, triti sẽ được pha trộn vào plasma của
đơteri nhằm nâng cao hiệu suất năng lượng.
Các đây vài tuần, các nhà vật lý học tại Garching vừa
khám phá một cách mới để cải tiến quá trình tổng hợp. Qua nhiều thí
nghiệm chưa được công bố, họ phát hiện rằng pha trộn nitơ (N) vào hỗn
hợp mang lại hiệu quả rất lớn.
Thay vì nguội đi do lẫn tạp chất, nhiệt độ của plasma
trong lò phản ứng lại tăng lên – và đồng thời năng lượng được giải
phóng cũng tăng gấp đôi. "Chúng tôi chưa thật sự thấu hiểu hết hiện
tượng này, nhưng rõ ràng N làm tăng độ cách nhiệt", Hasinger nói.
Thách thức lớn nhất đối với các nhà nghiên cứu là xây
dựng một bẫy từ tốt hơn để giữ plasma. Tất cả các lò phản ứng tổng hợp
bình thường đều có một điểm yếu về kết cấu: Nhiều xung điện được bắn
vào khí H tích điện để tạo nên từ trường giữ plasma, đồng thời cũng làm
cho nó trở nên khó kiểm soát hơn.
"Chúng tôi buộc plasma tự xây nhà giam cho nó bằng
các xung điện. Nó phản ứng lại bằng cách lồng lên trong bẫy từ này
giống như một con thú hoang và tìm cách thoát ra ngoài. Vì thế nên phải
liên tục điều chỉnh dòng điện", Hasinger kể.
Trong thời gian tới, các chuyên gia của Viện Max
Planck sẽ thử nghiệm một lựa chọn khác ổn định hơn. Tại một chi nhánh
của viện ở thành phố Greifswald, lò phản ứng thí nghiệm "Wendelstein
7-X" (trị giá trên 400 triệu Euro) đang được xây dựng. Nó hoạt động dựa
trên một nguyên tắc kết cấu hoàn toàn khác.
Điểm đặc biệt của "Wendelstein 7-X" là bẫy từ chỉ do
các cuộn dây dẫn điện bên ngoài tạo thành, plasma được giam giữ an toàn
ở bên trong. Nhờ siêu máy tính hiện đại nhất thế giới người ta có thể
tính toán được hình dáng chính xác của những cuộn nam châm này. Mỗi một
cuộn nam châm nặng 6 tấn, trị giá 1 triệu Euro và người ta sử dụng tới
70 cuộn như vậy. Khi được nối lại với nhau, chúng tạo nên một bẫy từ
khổng lồ.
5 năm tới thí nghiệm đầu tiên sẽ được bắt đầu. "Nếu
chúng tôi thành công thì điều này sẽ thay đổi thế giới. Bạn cứ hãy
tưởng tượng là chỉ với 3 chai nước người ta sẽ có khả năng cung cấp
điện cho cả gia đình trong một năm", Hasinger tiết lộ.
