Bao giờ c nh my năng lượng nhiệt hạch đầu tin thế giới?

Trần Văn Đạt, Ph. D.

1.    Mở đ̀u:

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/cc3a1c-xy-lanh-piston-c491c6b0e1bba3c-ge1baafn-vc3a0o-que1baa3-ce1baa7u-lc3b2-phe1baa3n-e1bba9ng.jpg?w=150&h=100

Theo bo co Triển vọng Năng lượng Quốc tế 2017 của cơ quan Quản l Thng tin Năng lượng (Energy Information Administration EIA), Hoa Kỳ, dn số thế giới sẽ tăng trưởng đến 9 tỷ người trong 2040 v nhu cầu năng lượng toàn c̀u cũng tăng thm 45%. Năm 2015, nguồn năng lượng ha thạch chỉ thỏa mn 66,6% nhu cầu, nhưng ngy cng khan hiếm v gy ra nạn nhiễm mi trường đng lo ngại. Nguồn năng lượng nguyn tử cn giới hạn, chỉ cung cấp 10,6% tổng nhu cầu thế giới, chưa kể đến mối nguy hiểm tiềm tng từ loại năng lượng ny.

Cn cc nguồn năng lượng sạch, ti tạo như kh hydro, sức gi, nh sng mặt trời, một số loi thảo mộc c dầu, ngũ cốc, rong ru đang được khai thc nhưng chỉ chiếm 22,8%. Do đ, một số nh khoa học v cng nghiệp năng lượng chú ý tới một loại năng lượng thật sạch, bền vững v phong ph, nhưng cn tốn km v nhứt l cng nghệ, thiết bị sản xuất chưa sẵn sng. Đ l năng lượng nhiệt hạch. D vậy, nhiều nh lnh đạo thế giới v khoa học gia đ quan tm đến tương lai v đang đầu tư cho ngnh năng lượng triển vọng ny nhằm hướng về cc thế hệ mai sau v đồng thời mở ra kỷ nguyn năng lượng mới.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/nhamaynhiethanh.png?w=660&h=372

Hnh 1: Nh my Thử nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế đ được hon thnh phn nửa. Ở đy, l phản ứng Tokamak sẽ chứa nhiệt hạch nng 10 lần hơn mặt trời khi được hon thnh vo năm 2025 (ITER).

2.    Lợi ch Năng lượng nhiệt hạch:

Năng lượng nhiệt hạch được sản xuất do phản ứng tổng hợp hạt nhn (cn gọi phản ứng nhiệt hạchphản ứng hợp hạch) từ hai chất đồng vị deuterium v tritium của hydro để tạo ra hạt nhn nặng hơn, đồng thời phng thch kh hiếm helium, neutron v rất nhiều năng lượng. Nguồn nhin liệu deuterium v tritium c thể trch lấy dễ dng từ nước biển hoặc tổng hợp khng tốn km nhiều từ kh hydro; do đ nguồn năng lượng nhiệt hạch sản xút sẽ v tận.

 Tri ngược với cc nh my nhin liệu ha thạch, năng lượng nhiệt hạch khng tạo ra kh nh knh carbon dioxide, hoặc cc chất nhiễm khc. Ngoi ra, khng giống nh my điện hạt nhn p dụng phản ứng phn hạch để tch rời hạt nhn tạo ra năng lượng nhưng thải ra chất phng xạ nguy hiểm, nh my năng lượng nhiệt hạch chỉ sản xuất neutron v kh nhẹ helium, cả hai chứa năng lượng hữu dụng rất lớn (Hnh 1 v 2). Cho nn, nguồn năng lượng nhiệt hạch khi được sản xuất sẽ l nguồn năng lượng l tưởng cho thế giới v nguồn cấp phong ph, an ton, sạch, khng nguy hại đến mi trường. 

3.    L thuyết vật l về phản ứng nhiệt hạch v thử thch (1 v 2)

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/mc3b4-te1baa3-quc3a1-trc3acnh-me1bb99t-phe1baa3n-e1bba9ng-he1bba3p-he1baa1ch-ce1bba7a-hai-c491e1bb93ng-ve1bb8b-hydro.jpg?w=660

Hnh 2: M tả qu trnh một phản ứng hợp hạch của hai đồng vị Hydro (3)

Cch nay khoảng hơn 50 năm, phản ứng nhiệt hạch đ được cc nh vật l học biết đến v thử nghiệm trong cc phng th nghiệm để tạo ra năng lượng; nhưng họ chưa thể p dụng nguyn l sản xuất nhiệt hạch để có được năng lượng thương mại trong thực tế. Đến nay, khoa học ngy cng tiến bộ, tch lũy kiến thức v thnh quả đ v đang gip con người tiến gần đến khả năng sản xuất năng lượng nhiệt hạch thực dụng.

Để sản xuất nguồn năng lượng ny, cc chuyn gia phải sử dụng nhiệt độ v p suất cực cao để kch hoạt phản ứng tổng hợp cc hạt nhn của deuterium v tritium (chất đồng vị của kh hydro) tạo ra cc hạt nhn nặng hơn ở thể plasma [trạng thi thứ 4 của vật chất (cc trạng thi khc l rắn, lỏng, kh), trong đ cc chất bị ion ha mạnh], phng thch helium, một loại kh hiếm khng lm bẩn mi trường, v giải phng 1 neutron tự do, đồng thời sản xuất năng lượng gấp bội so với năng lượng nạp vo lc đầu (Hnh 2). Năng lượng tỏa ra c thể dng để quay một tua bin hơi nước của my pht điện.

Vấn đề được đặt ra ngy nay l cng nghệ năng lượng ny c khả thi hay khng v năng lượng nạp vo ít hơn năng lượng pht ra, nhưng cc khoa học gia vẫn tin tưởng khai thc nguyn l vật l để c thể lm việc ny trở nn hiện thực. Muốn tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhn sinh ra năng lượng gấp nhiều lần, cần một nhiệt lượng vĩ đại đến hng triệu độ C v đồng thời cần c cng nghệ thiết bị đặc biệt chế tạo l phản ứng thch nghi để khống chế hiệu quả cc sự cố như mất plasma, rò rỉ nhiệt theo thời gian, cũng như lm hao mn thnh l phản ứng. 

4.    Cc l phản ứng nhiệt hạch (1,2 và 3):

Tổng thể, trn thế giới hiện c hai loại l phản ứng đủ ổn định để tiến hnh phản ứng nhiệt hạch: l phản ứng kn qun tnh v l phản ứng hạn chế từ tnh. Cc l phản ứng kn qun tnh sử dụng sự kết hợp laser v sự kết hợp chm tia ion để thực hịn phản ứng nhiệt hạch. L phản ứng hạn chế từ tnh th dng từ trường ko di thời gian cc ion tụ tập gần nhau để chng ha trộn nhanh chng. Cc l phản ứng hạn chế từ trường c thể trnh được vấn đề phải tm vật liệu chịu được nhiệt độ cực cao cho phản ứng nhiệt hạch. Dng plasma nng ln l do cc từ trường thay đổi trong cuộn cảm ứng trung tm (li) khi c dng điện vượt qu một triệu ampe.

Hơn nữa, cc thiết bị nhiệt hạch từ tnh giữ plasma nng khng tiếp xc với cc thnh l chứa trnh hao mn, bằng cch giữ plasma di chuyển theo cc đường trn hoặc xoắn bằng lực từ trường trn cc hạt tch điện v bởi lực trung tm (li) tc động trn cc hạt chuyển động (Hnh 3).

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/sc6a1-c491e1bb93-ce1bba7a-docc80ng-plasma.jpg?w=660

Hnh 3: Sơ đồ của dòng plasma (đỏ) vận chuyển trong từ trường xoắn (vàng) và hnh xuyến (xanh). Ảnh: Wikipedia.

L phản ứng Tokamak do Nga sng tạo từ 1955 l l phản ứng hạn chế từ tnh, rất nổi tiếng, đang được cải tiến theo thời gian v sử dụng ph̉ bín nhứt hiện nay trn thế giới để thực hiện cc phản ứng nhiệt hạch. Đ l một thiết bị c dạng hnh bnh rn (torus hay donut) sử dụng từ trường mạnh để giam giữ dng plasma siu nng hầu duy tr phản ứng nhiệt hạch tạo ra năng lượng. Tnh đến năm 2017, thế giới c khoảng 100 l phản ứng nhiệt hạch dạng Tokamak kch thước trung bnh v nhỏ đang hoạt động; nhưng d trải qua nhiều năm l phản ứng Tokamak vẫn chưa hon thiện dng plasma lun chuyển tạo ra mức năng lượng khả dụng để xy dựng một nh my điện, do cn nhiều sự cố chưa thể vượt qua (4).

Theo nh khoa học Đức, Dr. Lutz Wegener, l Tokamak chỉ c thể đốt chy plasma trong vng từ 10 đến 30 giy trong 1 lần. Kể cả cc l Tokamak tin tiến trn thế giới cũng chỉ duy trì phản ứng nhịt hạch trong vi pht. V vậy, thời gian đốt chy khng đủ để tạo ra nguồn năng lượng triển vọng cho tương lai (3).

Về nguyn tắc, Tokamak sử dụng dng điện để xoắn cc electron v ions trong plasma, tạo ra một vng lặp theo chiều dọc, ngang trong chiếc bnh donut (Hnh 4). Tuy nhin, khi gặp sự cố về điện làm dng plasma bị nhiễu loạn, từ trường sẽ bị ph vỡ v l phản ứng bị tổn hại, rất nguy hiểm (3).

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/dc3b2ng-plasma-xoe1baafn.jpg?w=660

Hnh 4: Dng plasma xoắn trong cc dạng donut đang bị từ trường hạn chế (trong l phản ứng Tokamak)

Do đ, Viện nghin cứu Max Planck, Đức sau 19 năm thử nghịm đ hon tất xy dựng l phản ứng nhiệt hạch dạng Stellarator lớn nhứt thế giới (với tn Wendelstein 7-X) tổn ph một tỷ Euro. L phản ứng Stellarator tạo ra vng lặp ngang dọc ny bằng chnh thiết kế ban đầu của l Tokamak, bọc thm cc cuộn dy điện từ vo chiếc bnh donut để tạo ra từ trường giữ cho dòng plasma lun ở bn trong, nn trnh được sự cố tổn hại trong trường hợp mất điện (Hnh 4) (3). L Stellarator đ được cho vận hnh thử nghiệm trong 2016, nhưng kết quả thu được khng nhiều lắm: Kh hydro chỉ được nung nng tới nhiệt độ 80 triệu độ C trong vng 1/4 giy, trong khi mục tiu để l Wendelstein 7-X hoạt động hon hảo l tạo ra plasma với nhiệt độ ln tới 100 triệu độ C.

Mục tiu cuối cng của một l phản ứng nhiệt hạch hon hảo l phải duy tr dng plasma ở nhiệt độ 100 triệu độ C trong thời gian hơn 1.000 giy (khoảng 17 pht) (5). 

5.    Vi Dự n năng lượng nhiệt hạch đng kể hiện nay:

Ngoi sức gi, sng biển v mặt trời, nguồn năng lượng nhiệt hạch c triển vọng rất cao, nn có nhiều cơ quan chnh phủ v tư nhn tham gia vo cc dự n thử nghiệm v pht triển cng nghệ sản xuất năng lượng ny, đng kể hơn hết l Phng Th nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, Hoa Kỳ; Cng ty General Fusion gần Vancouver tại tỉnh British Columbia, Canada; Cng ty Tri Alpha Energy, trụ sở tại Foothill Ranch, California, Mỹ; v đặc biệt L Phản ứng khổng lồ Thử nghiệm Nhiệt hạt nhn ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) đang được xy dựng tại trung tm nghin cứu khoa học Cadarache, miền Nam của Php.

Với tham vọng khai thc năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch tổn ph thấp, nh sng lập Amazon (Jeff Bezos), Microsoft (Paul Allen) v PayPal (Peter Thiel) đ đầu tư vo vi cng ty nghin cứu cch khai thc năng lượng của phản ứng nhiệt hạch tương tự trn Mặt Trời. Đy l những cng ty đầu tư mạo hiểm tin rằng họ c thể tm ra phương pháp kích hoạt phản ứng nhiệt hạch nhanh hơn, ít t́n kém hơn cc dự n chnh phủ đang tiến hnh.

 Phng Nghin cứu Quốc gia Lawrence Livermore, California, Hoa Kỳ (4 và 6):

Năm 2009, cc nh nghin cứu plasma thuộc Phng th nghiệm quốc gia Lawrence Livermore đ hon tất xy dựng một phức hợp khổng lồ cở một sn bng đ trị gi 5 tỷ đ la, bằng cch ghp 192 chm laser hội tụ tại buồng chứa nhin liệu để tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra (Hnh 5).

Thng 3/2010, trong một bo co của tạp ch Science Express, cc nh khoa học ny đ đo được nhiệt độ khoảng 3 triệu độ K (10.942 đ̣ C) tại buồng phản ứng. Sng điện từ từ chm laser hội tụ nng p suất buồng chứa nhin liệu ln khoảng 100 tỉ lần p suất tri đất. p suất khủng ny đưa nhiệt độ nhin liệu hydro nặng ln khoảng 100 triệu độ K (364.764 đ̣ C) (Ảnh 4).

Theo thng tin dự n, qu trnh trn sản xuất ln sng tia X cực mạnh ḥi tụ vo hạt nhin liệu c kch thước ŕt nhỏ đ̉ kích hoạt những nguyn tử hydro bn trong phng thch kh helium v tạo ra nguồn năng lượng khủng giống như vụ nổ quả bom khinh kh nhỏ. Tuy nhin, đến nay cng cuộc chuyển ha nguyn tử hydro thnh helium (nguồn năng lượng) đ khng thnh cng như mong muốn v số lượng helium tạo ra cn rất t, do chỉ ṃt ś lượng ŕt nhỏ hydro trong kh́i nhin lịu típ c̣n tới năng lượng laser đ̉ kích n̉.

Dù th́, đy l ṃt thành quả h́t sức khích ḷ cho các nhà nghin cứu vì họ tìm th́y các hạt nhn helium phóng thích sau vụ kích n̉ từ chùm laser. Cho nn, nhóm nghin cứu này vẫn phải tm cch kch hoạt phản ứng dy chuyền để ton bộ lượng nguyn liệu đều tham gia phản ứng giải phng tối đa năng lượng.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/192-chc3b9m-laser-he1bb99i-te1bba5-te1baa1i-bue1bb93ng-che1bba9a-nhic3aan-lie1bb87u.jpg?w=660

Hnh 5: 192 chm laser hội tụ tại buồng chứa nhin liệu (Ảnh: Lawrence Livermore National Laboratory)

  • General Fusion, tỉnh British Columbia, Canada (7 và 8)

Cng ty General Fusion ở Canada cũng tham gia vo nghin cứu năng lượng nhiệt hạch từ 2002, do Dr. Michel Laberge sng lập v được ng Bezos của Amazone đầu tư cng với một số cng ty khc ti trợ hơn 81 triệu USD, như cng ty lin doanh năng lượng sạch Chrysalix, cng ty dầu khổng lồ Cenovus từ Canada v Khazanah Nasional Berhad, một nơi đầu tư của chnh phủ Malaysia.

Trước tin, General Fusion sử dụng từ trường để giữ cc đồng vị deuterium v tritium của hydro dưới dạng plasma siu nng. Plasma sau đ sẽ được đưa vo trong một quả cầu chứa kim loại ch-lithium lỏng. Xung quanh quả cầu, một loạt cc piston đẩy một p lực vo trung tm quả cầu, tạo thnh một sng xung kch vo plasma. Sng ny nn khối plasma v nhin liệu deuterium-tritium sẽ phản ứng kết hợp hạt nhn với nhau, theo l thuyết sẽ tạo ra rất nhiều năng lượng. Qu trnh ny sau đ được lặp lại, trong khi nhiệt từ phản ứng ny được thu giữ trong kim loại lỏng sẽ sử dụng để tạo ra điện qua tua bin hơi nước (Hnh 6).

Cc nh đầu tư quan tm đến dự n ny v l phản ứng của General Fusion khng yu cầu cc chm laser siu mạnh hay cc cơ sở c kch thước tương đương sn bng đ như vi dự n khc trn thế giới. Tuy nhin, vấn đề quan trọng m General Fusion phải đối mặt hiện nay l sự r rỉ nhiệt lm nguội nhanh dng plasma. Khi no Cng ty hon tất kiểm sot tất cả những qu trnh vật l lin hệ v khắc phục được sự cố ny dự n mới c triển vọng thnh cng.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/cc3a1c-xy-lanh-piston-c491c6b0e1bba3c-ge1baafn-vc3a0o-que1baa3-ce1baa7u-lc3b2-phe1baa3n-e1bba9ng.jpg?w=660&h=441

Ảnh 6: Cc xy lanh-piston được gắn vo quả cầu l phản ứng tại General Fusion (General Fusion)

  • Tri Alpha Energy, quận Cam, California (7,8 và 9)

Cng ty Tri Alpha Energy c trụ sở tại Foothill Ranch, California, lm việc trong m thầm suốt 18 năm, những tiến bộ đạt được chủ yếu cng bố trn cc tạp ch khoa học.

D thế, cũng c nhiều nh đầu tư ủng hộ cng ty, bao gồm Paul Allen, đồng sng lập Micosoft, cng ty lin doanh c vốn của gia đnh Rockefeller, Venrock, Golden Sachs, Wellcome Trust, Silicon Valleys NEA v chi nhnh đầu tư cng nghệ nano của chnh phủ Nga, Rusnano. Vốn đầu tư ln đến 500 triệu đ la. Cng ty lun lm việc để chứng minh hai điều: xy dựng một l phản ứng c thể giữ plasma cho đủ di v ở nhiệt độ đủ nng (9).

Gần đy cng ty mở rộng việc giao tế x hội. Vo thng 8/2015, họ đ tuyn bố c một bước đột ph trong việc duy tr một quả cầu kh siu nng cần thiết cho phản ứng xảy ra. Lò phản ứng này giống với thiết kế của ITER hơn l General Fusion. N sử dụng phương php giam giữ bằng từ trường v nhiệt chứ khng phải nn để kch hoạt phản ứng tổng hợp, v tạo ra năng lượng lin tục chứ khng gin đoạn theo cc vụ nổ của Genera Fusion. Khng giống như l Tokamak, Tri Alpha Energy sử dụng một thiết kế bắn chm plasma vo một thng chứa, nơi n được giữ tại chỗ v xoay quay bằng từ trường. Thiết kế này gần giống với đặc tnh my gia tốc hạt (9).

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/lc3b2-phe1baa3n-e1bba9ng-norman-ce1bba7a-tri-alpha.jpg?w=660&h=384

Ảnh 7: L phản ứng Norman của Tri Alpha

Lợi thế của phương php ny l đơn giản hơn, nhưng về phương diện vật l th n lại t pht triển hơn. Vấn đề kh khăn của Tri Alpha đang phải giải quyết l sự ổn định nhiệt độ plasma v thời gian giam giữ đủ lu cho phản ứng xảy ra.

Hiện nay, Cng ty bắt đầu xy dựng một l phản ứng hạt nhn mới, c thể đạt được nhiệt độ cao cần thiết để tiếp tục xc nhận kế hoạch cng nghệ của mnh. Theo Cố Gio Sư Norman Rostoker, nh sng lập Tri Alpha, l phản ứng mang tn Norman Rostoker c thể hoạt động ở nhiệt độ từ 50 đến 70 triệu độ C, nằm trong khoảng nhiệt độ của li mặt trời (Hnh 7).

  • L Phản ứng Thử nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế ITER, Cadarache, Php (10)

Với nhu cầu năng lượng ngy cng nhiều v triển vọng lớn của loại năng lượng nhiệt hạch, năm 1985, tại Hội nghị Thượng đỉnh Geneva giữa Tổng Thống Ronald Reagan v Tổng B Thư Mikhail Gorbachev, tưởng hợp tc khoa học để xy dựng một nh my nhiệt hạch nhằm thỏa mn nhu năng lượng tương lai đ được hnh thnh lần đầu tin. Nhờ đ, dự n khủng L Thử nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế ITER  (Hnh 1 v 8) c cng suất 500 MW bắt đầu xy dựng vo năm 2007 tại Cadarache, miền nam nước Php. Theo dự n, l phản ứng sẽ được hon thnh trong 10 năm với mức tổn ph 5,6 tỷ đ la. Tuy nhin, dự n ny đ chậm hơn một thập nin so với kế hoạch phần lớn do vấn đề kỹ thuật, v chi ph ước tnh đ tăng ln khoảng 22 tỷ USD. Đến 12-2017, nh my nhiệt hạch khổng lồ đầu tin trn thế giới đ hon thnh 50%.

Khi hoạt động, nh my thử nghiệm nhiệt hạch sẽ vận chuyển dng plasma hạt nhn trong li của n c sức nng 10 lần hơn mặt trời, được cc nam chm bao quanh c độ lạnh tương tự khng gian giữa cc v sao trong vũ trụ. Mục tiu ban đầu của cuộc thử nghiệm l kết hợp những hạt nhn nguyn tử hydro (fusion) để tạo ra năng lượng gấp bội lần so với chnh nguyn tử đ vo thập nin 2030 (giống như nguyn tắc chế tạo bom khinh kh hay bom hạch nhn).

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/lc3b2-phe1baa3n-e1bba9ng-iter.png?w=660

Ảnh 8: L phản ứng ITER đang được xy dựng ( Ảnh ITER Collaboration)

Một hiệp hội khoa học 35 nước, gồm EU, Mỹ, Nhật Bản, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ v Hn Quốc đang cng nhau xy dựng nh my ITER tại trung tm nghin cứu miền Nam nước Php. Tất cả cc thnh vin chia sẻ cng nghệ của ITER, v họ được tiếp cận bnh đẳng với sở hữu tr tuệ v sng tạo từ nỗ lực ny. Nếu ITER thnh cng, l phản ứng nhiệt hạch vận hnh đng theo dự n trở thnh một nguyn mẫu l thương mại v cng nghệ nhiệt hạch sẽ lan rộng khắp thế giới, giống như cng nghệ phn hạch hiện nay.

Tuy nhin, sản xuất năng lượng nhiệt hạch c lợi ch tiềm năng lớn đi hỏi cung cấp lượng nhiệt v p suất khổng lồ để nhin liệu phản ứng kết hợp với nhau.

Để vượt qua thch thức to lớn ny, ITER phải lm nng hydro đến khoảng 150 triệu độ C, gấp 10 lần sức nng của li mặt trời. Chất lỏng hydro siu nng ny sẽ được giữ kn v lun chuyển bn trong một l phản ứng c dạng bnh donut Tokamak, được bao quanh bởi cc nam chm siu dẫn khổng lồ để kiểm sot dng plasma chứa điện tch. Để cc nam chm siu dẫn hoạt động, chng phải được lm mt đến 269 độ C.

Theo thng tin ITER, cc cơ sở cng nghiệp trn thế giới đang sản xuất 10.000.000 thnh phần cho l phản ứng ITER. L phản ứng thường được coi l bộ phận kỹ thuật phức tạp nhất từng được chế tạo. Chẳng hạn, nam chm để tạo từ trường cao hơn 17 m phải được gắn cng nhau với sai số nhỏ hơn 1 mm, cũng như lm mt 10.000 tấn vật liệu nam chm siu dẫn ở nhiệt độ m 269 độ C. 

Plasma lun chuyển trong ITER (10)

L phản ứng nhiệt hạch ITER c từ trường mạnh gấp 100.000 lần từ trường Tri Đất, được pht ra từ 100.000 km dy siu dẫn lm từ hợp kim niobi-thiếc ở nhiệt độ m 269C. Nhiệt độ ny c được nhờ đặt ton bộ hệ thống trong helium lỏng. Nhờ từ trường ny, plasma sẽ được giam giữ lại trong thời gian đủ lu để phản ứng nhiệt hạch xảy ra. L phản ứng c khả năng chứa 840 m3 plasma.

Để vận hnh l phản ứng, trước tin cần cung cấp điện cng suất 50 MW (megawatts) để đưa nhin liệu đến trạng thi plasma v kch thch phản ứng nhiệt hạch. Sau khi phản ứng xảy ra, năng lượng của cc hạt nhn helium được phng thch ra sẽ đủ để duy tr nhiệt độ cao cần thiết cho trạng thi plasma v pht điện. Lc ny c thể ngắt hệ thống cấp nhiệt bn ngoi, l phản ứng sẽ tự duy tr với điều kiện cung cấp đủ nhin liệu hạt nhn.

Theo ng Bigot, Gim Đốc điều hnh ITER từ 2015 cho biết ITER vẫn giữ đng kế hoạch cho lun chuyển plasma đầu tin vo năm 2025 v nay dự n đ được hon tất 50%. Mục tiu cuối cng khng chỉ l lưu thng dng plasma, m kết hợp hạt nhn deuterium v tritium để tạo ra một plasma đốt sản xuất năng lượng đng kể hơn. Cng nghệ thử nghiệm của l ITER Tokamak sẽ tạo ra 500 MW điện. Khi đi vo thương mại, cc l phản ứng hạt nhn sẽ l cc l phản ứng lớn hơn để tạo ra năng lượng từ 10 đến 15 lần hơn ITER. Theo kế hoạch dự n, một nh my điện từ phản ứng tổng hợp hạt nhn đầu tin, mang tn DEMO, sẽ được xy dựng sau khi dự n ITER thnh cng, c cng suất 2.000 MW để cung cấp điện cho 2 triệu gia đnh.

Tm lại, theo tin đon của cc nh nghin cứu, ITER sẽ c plasma đốt vo những năm 2030. Cc nh my nhiệt hạch thương mại c thể bắt đầu xuất hiện ngay từ năm 2040, với nh my nhiệt hạch 2 gigawatt có th̉ kéo dài sử dụng từ 60 năm trở ln. Chi ph vốn để xy dựng nh my nhiệt hạch hạt nhn cũng tương tự như chi ph của cc nh my điện hạt nhn hiện tại khoảng 5 tỷ USD mỗi gigawatt.

Ngoi cc dự n đ đề cập trn, cn c nhiều dự n chnh phủ v tư nhn đang tham gia thử nghiệm phản ứng nhiệt hạch, với sự đầu tư to lớn v mạo hiểm, như:

Anh Quốc: Cng ty tư nhn Tokamak Energy mạo hiểm đầu tư xy dựng l phản ứng nhiệt hạch Tokamak ST40, phin bản cuối để tiến đến sản xuất điện nhiệt hạch thương mại vo năm 2030. Cng ty đang tin phong về l phản ứng tokamak hnh cầu nhỏ gọn để c đủ sức mạnh tổng hợp Đ l thiết bị c khả năng kiểm sot nhiệt hạch bằng sử dụng cc chất siu dẫn nhiệt độ cao để tạo ra từ trường mạnh chứa plasma nng (Hnh 9) (11).

Cng ty chủ trương vào cách kết hợp hiệu quả tăng cao của lò tokamak hnh cầu với từ tnh trong lò được cải thiện nhờ cc chất siu dẫn nhiệt độ cao đ̉ đạt mức khả thi hịu quả và thương mại nhịt hạch trong cc nhà my nhỏ hơn.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/tokamak-st-40.png?w=660

Hnh 9: Tokamak ST-40- Cấu trc hình c̀u được lm từ thp khng rỉ dy 30mm v chứa buồng chn khng bn trong, nam chm v cc bộ phận chnh khc với dòng plasma (tím)

Trung Quốc: Cc nh khoa học Trung Quốc đ thực hiện một số cải tiến vượt bực đối với l phản ứng kiểu Tokamak HT-7 vốn được xy dựng từ năm 1995 v tạo ra một phin bản ổn định v an ton hơn vo năm 2006 với tn HT-7U hay cn gọi EAST (Hnh 10). Kết quả thử nghiệm l phản ứng EAST của Trung Quốc đ tạo ra plasma từ hydro nung nng ở 50 triệu độ C trong thời gian ấn tượng: 102 giy (5). Nếu đy l sự thật, qu l một bước nhảy vọt trong cng nghệ nhiệt hạch!

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/lc3b2-phe1baa3n-e1bba9ng-east.jpg?w=660

Hnh 10: L phản ứng EAST tại Hợp Ph, Trung Quốc. Ảnh: Xinhua. 

6.    Ḱt lụn:

Mặc d cc cuộc thử nghiệm khng ngừng nghỉ v tốn km về năng lượng nhiệt hạch đ đạt được một số tín ḅ ngoạn mục, cc nh nghin cứu thế giới cũng thừa nhận rằng sẽ cần nhiều năm nữa để c thể hon thiện cng nghệ biến giấc mơ năng lượng sạch v vĩnh cửu thnh hiện thực. Mục tiu m họ đang nhắm tới hiện nay l duy tr dng plasma ở nhiệt độ 100 triệu độ C trong thời gian hơn 1.000 giy (khoảng 17 pht) để tạo điều kiện kch hoạt phản ứng nhiệt hạch v sản xuất nguồn năng lượng sạch v tận. Theo ITER, năm 2025 họ sẽ có dòng plasma lun chuỷn đ̀u tin trong lò nhịt hạch, 2030 sẽ có plasma đ́t hạt nhn deuterium-tritium tạo ra địn 500 MW, ńu thành cng 2040 sẽ có cc nh my nhiệt hạch thương mại bắt đầu hoạt đ̣ng. Lúc đó, con cháu chúng ta sẽ hoan hỷ chứng kín thành quả tuỵt vời này.

Ŕt mong thay!

Trần Văn Đạt, Ph. D.

Ti liệu tham khảo:

1.    org:(https://vi.wikipedia.org/wiki/Ph%E1%BA%A3n_%E1%BB%A9ng_t%E1%BB%95ng_h%E1%BB%A3p_
h%E1%BA%A1t_nh%C3%A2n
).

2.    org: (https://en.wikipedia.org/wiki/Tokamak#Tokamak_design).

3.    vn. Đức hon tất l phản ứng tổng hợp hạt nhn lớn nhất thế giới gi trị 1 tỷ euro (http://genk.vn/kham-pha/duc-hoan-tat-lo-phan-ung-tong-hop-hat-nhan-lon-nhat-the-gioi-gia-tri-
1-ty-euro-20151031134145056.chn
)

4.    Khoahoc.tv. Năm 2030, nh my điện nhiệt hạch ra đời (http://khoahoc.tv/nam-2030-nha-may-dien-nhiet-hach-ra-doi-28994).

5.    Khoahoc.tv. Điều khiển phản ứng nhiệt hạch bằng laser. (http://khoahoc.tv/dieu-khien-phan-ung-nhiet-hach-bang-laser-52175).

6.    Nguyễn Thnh Minh. 2016. Tham vọng khai thc năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch (https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/ky-thuat-moi/tham-vong-khai-thac-nang-luong-tu-phan-ung-nhiet-hach-
3408398.html
).

7.    Nguyễn Thnh Minh. 2016. Kh khan. Vnexpress.net (https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/ky-thuat-moi/tham-vong-khai-thac-nang-luong-tu-phan-ung-nhiet-hach-
3408398-p2.html
).

8.    Charles Q. Choi. 2017. Is the Worlds First Nuclear Fusion Plant Finally on Track?

Live Science 07-12-2017 (https://www.livescience.com/61132-first-fusion-plant-plasma-core-half-completed.html?utm_source=notification

9.    Trung Quốc nghiền nt kỷ lục năng lượng nhiệt hạch mới thiết lập của Đức (http://genk.vn/kham-pha/trung-quoc-nghien-nat-ky-luc-nang-luong-nhiet-hach-moi-thiet-lap-cua-duc-
20160209023546932.chn
) (Tham khảo ScienceAlert, ITER.org).

10.                      Katie Fehrenbacher. Nuclear Fusion Startup Tri Alpha Energy Hits a Big Milestone, 
But its just one step in a very long process.

(https://www.greentechmedia.com/articles/read/fusion-startup-tri-alpha-energy-hits-a-big-milestone#gs.ybA_Rtk). 

11. Overcoming engineering challenges today for a fusion-power world tomorrow. (https://www.tokamakenergy.co.uk/company/our-approach/).

Ti liệu:

Chắc l tiến bộ tốt đẹp!, Madia, cựu Gim đốc Phng th nghiệm quốc gia Oak Ridge v Pacific Northwest, ni với Live Science. Ti l một người ủng hộ v cổ vũ lớn cho Bernard Bigot Ti nghĩ ng ấy đ lm rất tốt. Trong hai hoặc ba năm nữa, nếu ng tiếp tục tiến bộ hiện nay, chng ta c thể thấy những thay đổi thực sự về tnh trạng của ITER.

Mặc d xy dựng nh my nhiệt hạch hạt nhn chi ph nhiều hơn xy dựng một nh my nhin liệu ha thạch, chi ph nhin liệu ha thạch rất cao, v chi ph nhin liệu cho sự nhiệt hạch l khng đng kể, do đ, trong suốt đời sống của nh my, chng ti hy vọng n sẽ trung bnh ra, Bigot cho biết. Đồng thời, khai thc nhin liệu ha thạch cn c chi ph khc hơn chi ph ti chnh. Bigot cho biết: Chi ph nhin liệu ha thạch rất lớn l do tc động mi trường, d l do khai thc mỏ, nhiễm hay thải kh nh knh. Nhiệt hạch th khng c cacbon.

ng Bigot cho biết: Rất nhiều cng nghệ lin hệ thực tế đang ở đỉnh cao. Chng ti đang đẩy cc ranh giới ở nhiều lĩnh vực cryogenics, điện từ, thậm ch sử dụng cc thiết bị dụng cụ khổng lồ. V dụ,

Cần phn biệt ở đy cc nh my điện nguyn tử (hay nh my điện hạt nhn) hiện nay c cng nghệ phn tch cc nguyn tử lớn thnh những hạt nhỏ hơn thng qua cc l phản ứng hạt nhn c kiểm sot nn gy ra chất thải phng xạ cao, trong khi nh my nhiệt hạch sẽ khng tạo ra chất thải phng xạ nguy hại cho mi trường. V tri ngược với cc nh my nhin liệu ha thạch, năng lượng nhiệt hạch khng tạo ra kh nh knh carbon dioxide, hoặc cc chất nhiễm khc.

Cc l phản ứng thực nghiệm sẽ khng sử dụng cc nguyn tử hydro thng thường, m mỗi hạt nhn của chng chỉ c một proton. Thay vo đ, n sẽ kết hợp deuterium, m mỗi hạt nhn c một proton v một neutron, với tritium, mỗi hạt nhn c một proton v hai neutron. Deuterium dễ dng trch ra từ ​​nước biển, trong khi tritium sẽ được tạo ra bn trong l phản ứng nhiệt hạch. Theo ITER, nguồn cung cấp nhin liệu ny rất phong ph, đủ cho hng triệu năm sử dụng năng lượng ton cầu hiện nay.

Cần lưu rằng cc phản ứng nhiệt hạch của ITER c thể bị gin đoạn trong nh my nhiệt hạch, nn cc l phản ứng nhiệt hạch sẽ dễ dng đng lại một cch an ton m khng cần sự hỗ trợ từ bn ngoi. Về l thuyết, cc nh my nhiệt hạch cũng chỉ sử dụng một vi gram nhin liệu một lần, v vậy khng c khả năng xảy ra tai nạn nguy hiểm.

Khi niệm về thiết kế

Nhiệt hạch hạt nhn (nuclear fusion), tương tự phản ứng xảy ra trong tm điểm mặt trời, kết hợp cc hạt nhn nguyn tử để hnh thnh cc hạt nhn nặng hơn. Phản ứng nhiệt hạch hạt nhn tạo ra năng lượng nhiều lần hơn việc đốt cc nhin liệu ho thạch. V dụ, một lượng cc nguyn tử hydro c kch thước bằng tri dứa cung cấp năng lượng tương đương 10.000 tấn than, theo một tuyn bố từ dự n ITER. 

Năm 2030, nh my điện nhiệt hạch ra đời

http://khoahoc.tv/nam-2030-nha-may-dien-nhiet-hach-ra-doi-28994

 Năm 2030, nh my điện nhiệt hạch sẽ ra đời. 12 nh my điện loại ny sẽ cung cấp 1 nghn tỉ watt điện (khoảng 1.000 lần cng suất của nh my thủy điện Ha Bnh) vo năm 2100.

Thng 3/2010, trong một thng bo trn tạp ch Science Express, cc nh khoa học tại Viện nghin cứu quốc gia Lawrence Livermore đ thng bo những kết quả khả quan về hoạt động của hệ thống kch hoạt quốc gia NIF (National Ignition Facility) cho phản ứng nhiệt hạch.

Cc nh khoa học đ đo được nhiệt độ khoảng 3 triệu độ K tại buồng phản ứng. Sng điện từ từ chm laser sẽ đưa p suất buồng chứa nhin liệu ln khoảng 100 tỉ lần p suất tri đất. p suất cực lớn ny sẽ nng  nhiệt độ bn trong nhin liệu hydro nặng ln khoảng 100 triệu độ K tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra dễ dng.

Theo tnh ton, năng lượng tỏa ra khi đốt 1mg nhin liệu hydro nặng tương đương với năng lượng tỏa ra của một thng dầu hỏa. Hydro nặng c rất nhiều trong nước biển nn đy l một nguồn nhin liệu v tận.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/192-chc3b9m-laser-he1bb99i-te1bba5-te1baa1i-bue1bb93ng-che1bba9a-nhic3aan-lie1bb87u.jpg?w=660

192 chm laser hội tụ tại buồng chứa nhin liệu tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra. Khi tất cả cc my laser ny được hội tụ, n sẽ cung cấp khoảng 2 triệu joules năng lượng tử ngoại tại điểm hội tụ trong buồng phản ứng. Năng lượng ny sẽ tạo ra mi trường đặc biệt kch hoạt phản ứng nhiệt hạch (Ảnh: Lawrence Livermore National Laboratory)

Trong nửa thế kỷ qua, cc nh khoa học đ nghin cứu để c thể điều khiển được phản ứng nhiệt hạch trong điều kiện phng th nghiệm. Phản ứng nhiệt hạch l phản ứng tổng hợp hạt nhn nguyn tử nhẹ thnh hạt nhn nguyn tử nặng hơn đồng thời tỏa ra rất nhiều năng lượng. Phản ứng nhiệt hạch được biết đến nhiều trong li của cc v sao như mặt trời của chng ta.

NIF đ bắt đầu hoạt động năm 2010, mơ ước tạo ra mặt trời nhỏ trn tri đất của cc nh khoa học v của nhn loại trong nửa thế kỷ qua sẽ trở thnh hiện thực trong thời gian sắp tới.

Hệ thống kch hoạt phản ứng nhiệt hạch bao gồm 192 my pht xung laser khổng lồ, được xy dựng  với kinh ph 3,5 tỉ đla.  NIF sẽ cung cấp năng lượng lớn hơn t nhất 60 lần năng lượng của hệ thống laser lớn nhất từng c.

Khi tất cả cc my laser ny được hội tụ (xem hnh minh họa), n sẽ cung cấp khoảng 2 triệu joules năng lượng tử ngoại tại điểm hội tụ trong buồng phản ứng. Năng lượng ny sẽ tạo ra mi trường đặc biệt kch hoạt phản ứng nhiệt hạch.

Đy l mi trường chỉ tồn tại trong li của cc v sao, hnh tinh cực lớn v trong cc vụ nổ vũ kh hạt nhn (phản ứng phn r hạt nhn siu nặng thnh hạt nhn nhẹ hơn, đồng thời tỏa ra lượng nhiệt khổng lồ nhưng it hơn so với phản ứng nhiệt hạch).

Khi phản ứng nhiệt hạch xảy ra, n sẽ giải phng một lượng năng lượng khổng lồ, lớn hơn rất nhiều lần năng lượng cần thiết để kch hoạt phản ứng.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/sc6a1-c491e1bb93-ce1bba7a-c491e1bb99ng-cc6a1.jpg?w=660

Sơ đồ của động cơ nhiệt hạch được kich hoạt bằng laser LIFE (Laser Inertial Fusion Engine). Ảnh: Lawrence Livermore National Laboratory

Trong tương lai, dựa trn kiến thức vật l v cng nghệ p dụng cho NIF, cc nh khoa học sẽ chế tạo ra cc động cơ nhiệt hạch được kch hoạt bằng laser LIFE (Laser Inertial Fusion Engine). LIFE c một triển vọng rất khả quan trong việc giải quyết vấn đề năng lượng trn ton cầu.

Đy l năng lượng an ton, v tận v khng thải ra cc kh thải độc hại cho mi trường như kh CO2. Một trong những ưu điểm nổi trội khc của LIFE l tạo ra rất nhiều hạt neutron. Neutron sau đ được dng để kch hoạt phản ứng hạt nhn trong cc chất thải hạt nhn từ cc nh my điện nguyn tử. Một lượng năng lượng lớn sẽ tỏa ra trong phản ứng ny.

Cc nh my điện nguyn tử hiện nay chỉ đốt chy 10% thanh nhin liệu uranium. Chất thải nhiện liệu ny sẽ được sử dụng trong LIFE v sẽ được đốt chy đến hơn 99%. LIFE thực sự sẽ gp phần to lớn lm giảm lượng rc thải phng xạ hạt nhn nguy hiểm cho tri đất.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/hoe1baa1t-c491e1bb99ng-te1baa1ic2a0vie1bb87n-nghic3aan-ce1bba9u-que1bb91c-gia-lawrence-livermore.jpg?w=660

Hoạt động tại Viện nghin cứu quốc gia Lawrence Livermore (Ảnh: Lawrence Livermore National Laboratory)

Thử nghiệm về kch hoạt phản ứng nhiệt hạch sử dụng NIF sẽ được tiến hnh vo năm 2010 2011. Một nh my điện LIFE đầu tin sẽ được thử nghiệm vo năm 2020. Sau cng, một nh my điện thương mại hon chỉnh sẽ được thương mại ha năm 2030.

Nếu 12 nh my điện kiểu LIFE được xy dựng lin tục từ năm 2030 với tốc độ 5 năm/nh my, LIFE sẽ cung cấp 1 nghn tỉ watt điện (khoảng 1.000 lần cng suất của nh my thủy điện Ha Bnh) vo năm 2100.  Sản lượng điện ny sẽ cung cấp 30% nhu cầu điện của Hoa Kỳ khi đ.

Những th nghiệm thu được từ NIF sẽ mang lại đng gp to lớn cho an ninh năng lượng Hoa kỳ v trn thế giới do mang lại nguồn năng lượng nhiệt hạch dồi do. NIF l kết quả của sự hợp tc giữa chnh phủ, cc ngnh cng nghiệp v cc viện nghin cứu trn ton Hoa kỳ.

Được thnh lập năm 1952, Viện nghin cứu quốc gia Lawrence Livermore c nhiệm vụ pht triển khoa học v cng nghệ, cung cấp giải php mới mẻ cho cc vấn đề quan trọng nhất của Hoa Kỳ v nhn loại.

Cập nhật: 28/08/2010Theo Bo Đất Việt 

L phản ứng 14 tỷ USD nng hơn li Mặt Trời

https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/san-pham-cong-nghe/lo-phan-ung-14-ty-usd-nong-hon-loi-mat-troi-
3359177.html

L phản ứng khổng lồ ITER đang được xy dựng tại trung tm nghin cứu khoa học Cadarache, Php, c thể tạo ra dng plasma nng tới 150 triệu độ C.

L nhiệt hạch c từ trường mạnh gấp 100.000 Tri Đất

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/lc3b2-phe1baa3n-e1bba9ng-iter.png?w=660

L phản ứng ITER đang được xy dựng. Ảnh: ITER Collaboration.

L phản ứng ITER hoạt động dựa trn nguyn l nhiệt hạch, kết hợp hai hạt nhn nhẹ của hydro l deuterium v tritium để tạo thnh một hạt nhn heli nặng hơn v giải phng năng lượng. Bằng cch ny, l phản ứng sẽ tạo ra 500 MW điện, nhiều gấp 10 lần năng lượng để n hoạt động. Đy cũng l nguồn năng lượng sạch, sử dụng nguyn liệu l nước biển, c độ an ton cao, chất thải phng xạ ở mức rất thấp v gần như khng c rủi ro khi vận hnh.

Tnh đến thng 6/2015, chi ph xy dựng ITER đ vượt qu 14 tỷ USD. Theo Business Insider, sau khi hon thnh, ITER sẽ c đường knh v chiều cao khoảng 30,5 m, trở thnh kiểu mẫu mới của kỹ thuật phản ứng nhiệt hạch. Nếu c thể sản xuất năng lượng theo dự kiến, đy sẽ l l phản ứng đầu tin của kỷ nguyn năng lượng nhiệt hạch, gip thu hẹp khoảng cch từ nghin cứu nhiệt hạch trong phng th nghiệm đến tạo ra điện nhiệt hạch cho cc thnh phố.

Một trong những vấn đề lớn nhất của l phản ứng nhiệt hạch l năng lượng cần để chng hoạt động lớn hơn năng lượng do chng tạo ra, tri với mục tiu mong muốn từ nh my điện.

  https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/sc6a1-c491e1bb93-ce1bba7a-docc80ng-plasma.jpg?w=660

Sơ đồ của nguồn plasma. Ảnh: Wikipedia.

Nguyn nhn l do phản ứng nhiệt hạch chỉ xảy ra ở nhiệt độ plasma rất cao, khoảng 120 triệu độ C, cao hơn nhiều lần nhiệt độ ở li Mặt Trời. Để tạo ra nhiệt độ siu nng ny, ITER sử dụng một buồng từ trường hnh xuyến c tn Tokamak.

D đạt nhiệt độ siu cao, Tokamak khng thể duy tr dng plasma lin tục. Kỷ lục do thiết bị Tokamak của Php đạt được trong năm 2003 l 6 pht 30 giy. Để duy tr nhiệt độ cao, Tokamak cần được tắt bật lin tục trong thời gian ngắn. Điều ny khiến cc nh khoa học đau đầu trong nhiều thập kỷ qua v qu trnh tiu tốn nhiều năng lượng.

Nhằm giải quyết vấn đề ny, ITER trang bị một thiết bị c thể tự sản xuất v duy tr dng plasma siu nng lin tục. Plasma bn trong ITER sẽ đạt 150 triệu độ C đủ để kết hợp deuterium v tritium.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/1.jpg?w=660 

Một sản phẩm phụ quan trọng của qu trnh tổng hợp hạt nhn l hạt nhn của nguyn tử heli. Sau khi sinh ra, cc nguyn tử ny va chạm với mi trường xung quanh, truyền năng lượng dưới dạng nhiệt, gip dng plasma duy tr nhiệt độ cao m khng cần năng lượng bổ sung từ bn ngoi. Đ l cch để n gần như tự duy tr hon ton, Jonathan Menard, Gim đốc chương trnh nhiệt hạch tại Phng th nghiệm vật l plasma Princeton, Mỹ, chia sẻ.

ITER được bắt đầu xy dựng từ năm 2007, dự kiến hon thnh vo năm 2019, v đi vo hoạt động trong năm 2020. Cỗ my c thể sản sinh phản ứng tổng hợp deuterium tritium đủ để cung cấp năng lượng vo năm 2027.

Thanh Tng

 

Tham vọng khai thc năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch

Cc nh sng lập Microsoft v Amazon đ đầu tư vo vi cng ty nghin cứu cch khai thc năng lượng của phản ứng nhiệt hạch tương tự trn Mặt Trời.

https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/ky-thuat-moi/tham-vong-khai-thac-nang-luong-tu-phan-ung-nhiet-hach-
3408398.html

Sự khc nhau giữa bom nguyn tử v nhiệt hạch

  https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/khe1baa9u-phc3a1o-tc3a0u-vc5a9-tre1bba5.jpg?w=660

Khẩu pho tu vũ trụ trong l phản ứng tại General Fusion. Ảnh: General Fusion

Bn trong một phng th nghiệm gần Vancouver tại tỉnh British Columbia, Canada, chung bo động r ầm ĩ. Ở giữa nh kho l một thứ trng giống khẩu pho của tu vũ trụ, di khoảng 5 mt nối với v số dy dẫn xung quanh.

Khng ai trong số cc kỹ thuật vin mặc đồng phục o đỏ c vẻ hốt hoảng v tiếng ồn do họ đ qu quen với n. Đy l tiếng ci bo trước mỗi lần thử nghiệm l phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhn. Trong 5 năm qua, họ đ nghe thấy tiếng ci ny hơn 50.000 lần.

Tốc độ th nghiệm đ hiện nay l 50 đến 100 lần mỗi ngy con số dường như khng thể đạt được trong một phng th nghiệm cng cộng, nơi m nghin cứu nổi bật nhất về năng lượng nhiệt hạch đang được tiến hnh. Nhưng đ l những g m cng ty kn tiếng General Fusion, được ti trợ bởi Gim đốc điều hnh Amazon, Jeff Bezos đang lm.

Đy l một trong những cng ty đầu tư mạo hiểm tin rằng họ c thể tm ra cch phản ứng nhiệt hạch nhanh hơn, rẻ hơn cc dự n chnh phủ đang tiến hnh.

Nhiều nhn vật rất c ảnh hưởng cũng tin vo điều ny: ngoi Bezos cn c đồng sng lập Microsoft, Paul Allen v đồng sng lập PayPal, Peter Thiel cũng ủng hộ cc cng ty tin phong trong nghin cứu phản ứng nhiệt hạch.

Theo BBC, đối với nhiều người, phản ứng nhiệt hạch vẫn l ci g đ qu xa rời thực tế, giống như cc giả thuyết ngy tận thế. Tuy nhin giới doanh nhn lại coi đy l một cơ hội rất tốt.

Phản ứng nhiệt hạch

Phản ứng tổng hợp hạt nhn, hay phản ứng nhiệt hạch l qu trnh cho cc hạt nhn va chạm với nhau để kết hợp chng lại. Trong qu trnh phản ứng ny, một t khối lượng hạt nhn sẽ được chuyển ha thnh rất nhiều năng lượng. Đy cũng l cơ chế phản ứng trn Mặt Trời v của bom H, loại bom c sức cng ph lớn hơn bom nguyn tử nhiều lần.

Nếu c thể khai thc được năng lượng từ phản ứng ny, đy sẽ l một nguồn năng lượng tốt đến kh tin. N khng đi hỏi nhin liệu ha thạch, v chất thải ra mi trường chỉ l kh heli, một loại kh trơ v hại. Phản ứng hạt nhn truyền thống trong cc nh my điện hạt nhn hiện nay đều tạo ra rc thải phng xạ nguy hiểm.

Vấn đề l, phải lm sao để thắng được lực đẩy giữa cc hạt nhn để chng kết hợp lại với nhau. Cho tới nay, cc nh khoa học vẫn khng thể tm ra cch tạo ra năng lượng từ phản ứng ny lớn hơn năng lượng m họ đưa vo. Cc nh vật l v cc kỹ sư đ lm việc về cu hỏi hc ba ny trong nhiều thập kỷ, v trong thời gian đ th hầu hết mọi người hoặc l đ qun, hoặc l đ bc bỏ n như một giải php cho tương lai.

Hiện cc nh nghin cứu đ đạt được một số thnh tựu nhất định. Iter, l phản ứng nhiệt hạch khổng lồ hiện đang được xy dựng tại Php, sẽ cho cng suất l thuyết sau khi hon thnh sẽ gấp 10 lần năng lượng cần thiết để vận hnh. Tuy nhin kinh ph dnh cho Iter đ vượt qua ngn sch hng tỷ USD v đang bị chậm tiến độ. Những th nghiệm với l phản ứng sớm nhất phải đến 2025 mới c thể tiến hnh.

Ngoi Bezos l nh đầu tư nổi tiếng nhất của General Fusion, cn c một số cng ty khc ti trợ hơn 81 triệu USD, như cng ty lin doanh năng lượng sạch Chrysalix, cng ty dầu khổng lồ Cenovus từ Canada v Khazanah Nasional Berhad, một nơi đầu tư của chnh phủ Malaysia.

Đy c thể l thứ m Bezos nhn thấy khi ng đầu tư vo General Fusion. Gim đốc điều hnh của Amazon, nổi tiếng với đầu tư vo những dự n honh trng, đ dng cổ phần của mnh ở cng ty như một phần của số tiền ti trợ 19,5 tỷ USD.

Tuy nhin việc đầu tư của Bezos thnh cng hay khng vẫn nằm trong b mật.

Ngoi Bezos l nh đầu tư nổi tiếng nhất của General Fusion, cn c một số cng ty khc ti trợ hơn 81 triệu USD, như cng ty lin doanh năng lượng sạch Chrysalix, cng ty dầu khổng lồ Cenovus từ Canada v Khazanah Nasional Berhad, một nơi đầu tư của chnh phủ Malaysia.

tưởng của General Fusion khng mới, n đ từng được Phng th nghiệm Hải qun Mỹ nghin cứu trong những năm 1970. Vo đầu năm 2001, Michel Laberge, nh sng lập v gim đốc khoa học của General Fusion đ từ bỏ cng việc nhm chn tại cng ty in laser Creo để đối đầu với cc thch thức lớn hơn.

Ti biết rằng chng ta gặp một cht vấn đề về năng lượng trn hnh tinh ny, v biết rằng nhiệt hạch l giải php, Laberge cho biết. Do đ vo sinh nhật 40 tuổi, ti đ quyết định bỏ việc v tập trung vo nhiệt hạch.

Tại Creo, Laberge đ học được lm thế no để p dụng kiến ​​thức vật l của ng một tiến sĩ vật l plasma để pht triển sản phẩm thực tế.

Ti trở nn cụ thể v thực tế hơn, ng ni. ng cũng nhn thấy cch m cc cng ty nhỏ sẵn sng đi theo con đường ring để trnh bị đnh bại bởi cc cng ty lớn.

Nếu bạn lm tương tự như họ, v họ chi hng tỷ USD vo n, bạn sẽ khng đnh bại được họ. Nhưng nếu bạn lm g đ hơi khc một cht, bạn sẽ c cơ hội thnh cng.

Laberge biết c rất nhiều cch khc nhau để tạo ra phản ứng nhiệt hạch.

Tất cả những cch tiếp cận khc nhau đ đều được hỗ trợ rất t, ng giải thch, bởi v cc phương php chnh thống đ nuốt gần hết cc nguồn ti nguyn. Nhiệt hạch từ ha mục tiu l một trong những phương n thay thế m ng theo đuổi.

Với phương php ny, đầu tin từ trường được sử dụng để giữ cc đồng vị deuterium v tritium của hydro dưới dạng plasma siu nng. Plasma sau đ sẽ được đưa vo trong một quả cầu chứa kim loại lỏng. Tiếp theo, cc pit-tng c hướng hội tụ về tm quả cầu sẽ đồng loạt di chuyển v g vo đe ở cuối xy-lanh, gửi một sng xung kch vo plasma. Sng ny sẽ nn khối plasma v nhin liệu deuterium-tritium sẽ phản ứng hạt nhn với nhau, theo l thuyết sẽ tạo ra rất nhiều năng lượng.

Hoạt động được m tả bằng video dưới đy:

Điều quan trọng với cc nh đầu tư, đ l l phản ứng General Fusion khng yu cầu cc chm laser siu mạnh hay cc cơ sở c kch thước tương đương sn bng, giống với cc dự n của chnh phủ m Bezos, Laberge đang tm cch vượt qua.

Xem tiếp: Kh khăn

Nguyễn Thnh Minh

Kh khăn

Nếu thiết kế ny tuyệt vời như vậy, tại sao n lại bị bỏ rơi? Laberge khi cn thất nghiệp v tm được cc bằng sng chế cũ lin quan tới tưởng ny, ng đ thấy nguyn nhn hợp l.

https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/ky-thuat-moi/tham-vong-khai-thac-nang-luong-tu-phan-ung-nhiet-hach-
3408398-p2.html

Sự khc nhau giữa bom nguyn tử v nhiệt hạch

Tưởng tượng c một quả bng bay, chỉ cần một điểm chịu nhiều lực nn hơn, n sẽ rất dễ vỡ. Điều tương tự cũng xảy ra với plasma. Nếu khng được nn đồng đều, n sẽ sụp đổ. Để thnh cng, cc pit-tng phải g vo đe chnh xc cng một thời điểm. Laberge nhận ra chỉ c thể lm được điều ny nhờ sự trợ gip của my tnh hiện đại.

Sau khi bn hết cổ phiếu ở cng ty cũ, Laberge dnh vi năm tiếp theo nghin cứu v cuối cng đ xy dựng được một nguyn mẫu nhỏ một chiếc my hnh dng kỳ cục, c thể tạo ra vi neutron, hiện vẫn được trưng by trong khu lễ tn của General Fusion.

Hiện cng ty c khoảng 65 nhn vin v chiếm hai ta nh trong khu văn phng gần Burnaby Lake. Nguyn mẫu l phản ứng l một quả cầu gai, đường knh khoảng 4 mt, trng giống một quả mn khổng lồ.

Gần đ l những khẩu pho tu vũ trụ, c nhiệm vụ đưa plasma vo trong quả cầu. Dy điện nh ra từ tất cả mọi thứ, truyền hng tệp dữ liệu tới cc my tnh đặt trn một gc xp ở trn để phn tch.

Laberge cho biết cng ty đ điều chỉnh thiết kế của l phản ứng v số lần trong vi năm qua, nhằm mục đch giữ cho plasma ở nhiệt độ đủ cao trong một thời gian đủ di cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra.

Plasma c rất nhiều cch đin rồ để thot nhiệt, v chng ti cũng đ hiểu về n nhiều hơn so với trước đy, Laberge ni. Tuy nhin, d c nhiều tiến bộ, nhiệt độ plasma vẫn l thch thức lớn nhất của General Fusion.

Kiểm sot tất cả những qu trnh vật l c thể xảy ra lm nguội plasma, đ l tn của tr chơi nhiệt hạch.

Vấn đề quan trọng m General Fusion phả đối mặt, đ l sự r rỉ nhiệt, nh vật l Kenneth Fowler, người viết cuốn sch Fusion Quest về phản ứng nhiệt hạch v lm việc trong ban cố vấn của General Fusion, đồng với Laberge. Nhưng ng cũng cho rằng đy l ro cản cuối cng.

Ti nghĩ họ đ lm đủ hết mọi cng việc trong tất cả cc vấn đề lin quan. Nếu họ vượt qua được chnh xc nơi họ đang đứng, họ sẽ c cơ hội tốt để bước tiếp trn con đường của họ.

Tuy nhin, một số chuyn gia khc c quan điểm thận trọng hơn.

Siu nn tn gọi qu trnh m General Fusion cố gắng đạt được với plasma l rất, rất kh kiểm sot, Michael Zarnstorff, ph gim đốc nghin cứu tại Phng th nghiệm Vật l Plasma Princeton được chnh phủ Mỹ ti trợ cho biết. Đ sẽ l một vấn đề di lu, kh khăn cho General Fusion.

Sự thnh cng của General Fusion khng chỉ phụ thuộc vo việc c giữ nhiệt được cho plasma, m cn ở khả năng thu ht được đầu tư. C thời gian đủ di v ngn sch đủ lớn, khả năng thnh cng ln đến 90%, theo Laberge. Nhưng sự kin nhẫn của cc nh đầu tư mạo hiểm rất hạn chế.

Cuối cng, họ sẽ chn nản, ng ni.

Tri Alpha

Cch trụ sở General Fusion 2.000 km về pha nam, bạn c thể sẽ tm thấy một cng ty khc nghin cứu về phản ứng nhiệt hạch. Tri Alpha Energy, trụ sở tại quận Cam, California, Mỹ đ b mật tồn tại suốt 18 năm, khng c địa chỉ cng cộng, khng thng tin lin lạc, khng c cả website. Những tiến bộ đạt được chủ yếu cng bố trn cc tạp ch khoa học.

Nhưng sự kn tiếng ny khng đnh mất sự ch tới cng ty từ cc nh đầu tư. Những người ủng hộ n bao gồm Paul Allen, đồng sng lập Micosoft, cng ty lin doanh c vốn của gia đnh Rockefeller, Venrock v chi nhnh đầu tư cng nghệ nano của chnh phủ Nga, Rusnano.

Tuy nhin để giữ b mật, cng ty của Allen, Vulcan Inc khng liệt k Tri Alpha trong danh mục đầu tư của mnh, v một pht ngn vin của Vulcan đ từ chối yu cầu phỏng vấn về cng ty nghin cứu nhiệt hạch.

Trong những thng gần đy, Tri Alpha đ cởi mở hơn. Ngoi việc thiết kế một trang web, cc nh nghin cứu đ bắt đầu cng khai ni về cng việc của họ, v truyền thng đ được mời đến thăm cơ sở của cng ty.

Vo thng 8/2015, họ đ tuyn bố c một bước đột ph trong việc duy tr một quả cầu kh siu nng cần thiết cho phản ứng xảy ra. Tri Alpha đ đặt cược vo một thiết kế l phản ứng gọi l cấu hnh trường đảo ngược, giống với thiết kế của Iter hơn l General Fusion.

N sử dụng phương php giam giữ bằng từ trường v nhiệt chứ khng phải nn để kch hoạt phản ứng tổng hợp, v n tạo ra năng lượng lin tục chứ khng gin đoạn theo cc vụ nổ.

  https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/giam-gie1bbaf-plasma-trong-lc3b2-phe1baa3n-e1bba9ng-ce1bba7a-tri-alpha.jpg?w=660

Giam giữ plasma trong l phản ứng của Tri Alpha đủ lu để phản ứng xảy ra l phần kh nhất. Ảnh: SPL

Lợi thế của phương php ny l đơn giản hơn, nhưng từ gc độ vật l th n lại t pht triển hơn. Zarnstorff, người đ đến thăm trụ sở Tri Alpha, cho biết cng ty vẫn đang phải giải quyết vấn đề nhiệt độ plasma v thời gian giam giữ đủ lu cho phản ứng xảy ra.

Để lm cho vấn đề thm phức tạp, Tri Alpha đang hướng tới sử dụng nhin liệu tạo thnh từ cc đồng vị boron-11 v một proton hơn l sự pha trộn deuterium-tritium cơ bản. Nhin liệu ny sẽ tạo ra t phng xạ hơn deuterium-tritium, nhưng sẽ đi hỏi nhiệt độ cao hơn nhiều, v cc chuyn gia nghi ngờ về tnh khả thi của n.

Điều đ thật v cng kh khăn, ti khng ai đ sẽ c thể lm được, Fowler ni.

Giống như cc cng ty tư nhn về phản ứng tổng hợp khc, Tri Alpha cũng sử dụng cc tiếp cận kỹ thuật trước, vật l sau, theo Zarnstorff.

Họ gần như ni rằng, nếu đơn giản ha n theo những cch ny, c thể sẽ thnh cng? Fowler ni. Chng ti đnh gi dựa trn những g chng ti nghĩ l dễ v kh lm, nhưng thực tế l, chưa ai thnh cng.

Đặc biệt l khng thnh cng khi khng thể tạo ra một ci g đ hấp dẫn về thương mại. V vậy cần phải c một cht nhẫn nại, v đng khch lệ thực sự cho những người cố gắng vượt qua chỉ để nghin cứu khoa học cơ bản.

Mặc d phải đối mặt với nhiều ro cản, Tri Alpha đ gy tiếng vang lớn trong việc thu ht đầu tư. Maurice Gunderson, một nh cựu đầu tư năng lượng mạo hiểm đ c một kế hoạch kinh doanh cho cng ty từ khi n cn non trẻ. Mặc d ng cảm thấy nhiệt hạch sẽ l cả một qu trnh di hơi, nhưng vẫn cho rằng cch lm của Tri Alpha l đng tin cậy. ng cũng cảm thấy tương tự với General Fusion trong những ngy đầu.

Ti nghĩ họ rất th vị, những người thng minh nhất m ti từng gặp, Gunderson ni. Nếu bạn lm việc trong lĩnh vực đầu tư mạo hiểm, bạn sẽ thấy hng nghn kế hoạch kinh doanh với vi ci trong đ thực sự qui gở. Nhưng những ci ny th khng.

Tuy nhin, vấn đề với cc cng ty như Tri Alpha v General Fusion l thời gian. Nếu một cng ty khng c đủ khả năng kiếm lại được tiền cho những nh đầu tư trong một khoảng thời gian xc định, đ khng phải l một m hnh đầu tư mạo hiểm thch hợp.

Nếu chng ta nhn thấy hướng chữa ung thư, kết thc chiến tranh, ngăn chặn nạn đi v kiếm ra nhiều tiền nhưng mất tới 11 năm th sẽ khng ai lm cả, Gunderson nhận xt.

Nhiệt hạch đang rơi vo trường hợp ny. Một vi cng ty đầu tư mạo hiểm đặt cược vo cc dự n nghin cứu nhiệt hạch, như Venrock đầu tư vo Tri Alpha, nhưng ni chung, đy khng được xem như cc thương vụ thng minh.

Gunderson ca ngợi Allen v Bezos l những nh đầu tư dũng cảm.

Những người đ dũng cảm đặt cược một phần ti sản của họ, v ti thực sự tn trọng họ v điều đ, ng ni.

Tuy nhin với nhiệt hạch, tiền tỉ v cc dự n kinh doanh thnh cng c thể vẫn khng đủ để vượt qua cc chướng ngại vật.

Đy đều l những người thnh cng phi thường. Hy nhn thnh cng của Amazon. Nhưng nhiệt hạch kh hơn Amazon 1.000 đến 10.000 lần, Gunderson ni.

D sao th việc cc cng ty tư nhn chịu đầu tư vo nhiệt hạch cho thấy lĩnh vực ny cũng c hứa hẹn pht triển. Điều ny c nghĩa l cng nghệ ny đ tiến gần tới thnh cng thực tế.

Đ l dấu hiệu cho thấy chng ta đ ở rất gần, Zarnstorff ni.

Đy đồng thời cũng l dấu hiệu về yu cầu một loại năng lượng khng nhiễm, dồi do đang ngy một lớn khi cc mối đe dọa do biến đổi kh hậu ngy cng trở nn r rệt.

Trở lại trụ sở General Fusion, Laberge cho biết một trong những nguyn nhn thc đẩy ng nghin cứu l do lo ngại về tnh trạng ấm ln ton cầu. Đ bắt đầu c một cht bo động, ng nhận xt.

Một thắc mắc l liệu năng lượng nhiệt hạch c thể được nghin cứu thnh cng kịp lc để cứu tuyết trn cc đỉnh ni khỏi tan v cc hn đảo khỏi nhiễm v nước biển dng. Trong cuộc đua ny, cc siu dự n của chnh phủ c thể l những niềm hy vọng lớn nhất, nhưng cc ng trm cng nghệ cũng l những con ngựa cần thiết.

Xem thm: L nhiệt hạch c từ trường mạnh gấp 100.000 lần Tri Đất

Nguyễn Thnh Minh

 

L nhiệt hạch c từ trường mạnh gấp 100.000 Tri Đất

L phản ứng nhiệt hạch c từ trường mạnh gấp 100.000 lần từ trường Tri Đất sẽ cung cấp năng lượng sạch cho con người v mức phng xạ rất thấp.

https://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/lo-nhiet-hach-co-tu-truong-manh-gap-100-000-trai-dat-3228358.html

Đề xuất 3 địa điểm xy l hạt nhn mới tại Việt Nam

  https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/me1bab7t-ce1baaft-be1baa3n-ve1babd-minh-he1bb8da-lc3b2-phe1baa3n-e1bba9ng-iter.jpg?w=660

Mặt cắt bản vẽ minh họa l phản ứng ITER . Ảnh: ITER Corporation

Con người hiện mới chỉ khai thc được năng lượng từ phản ứng hạt nhn dạng phn hạch. Đy l phản ứng ph vỡ một hạt nhn nặng như uranium, thorium hay plutonium thnh cc hạt nhn nhẹ hơn v giải phng năng lượng. Phản ứng ny được ứng dụng trong cc nh my điện hạt nhn đang vận hnh. Tuy nhin, sản phẩm thừa sau phản ứng l cc chất phng xạ rất độc hại.

Ngược lại với n l phản ứng nhiệt hạch, kết hợp hai hạt nhn nhẹ thnh một hạt nhn nặng hơn v giải phng năng lượng. Đy l năng lượng sạch, an ton, chất thải phng xạ ở mức rất thấp v khng c nguy cơ tai nạn.

Tuy nhin, để phản ứng xảy ra cần nhiệt độ rất cao. Với phản ứng nhiệt hạch dễ xảy ra nhất, kết hợp 2 đồng vị của hydro l deuterium v tritium để tạo thnh heli cũng cần nhiệt độ ln tới 120 triệu độ C, cao hơn nhiều lần nhiệt độ ở li Mặt trời.

Ở nhiệt độ đ, mọi vật chất đều tồn tại trong trạng thi plasma. Giữ nhin liệu cho l phản ứng ở trạng thi plasma trong thời gian đủ lu để phản ứng nhiệt hạch xảy ra l một bi ton kh.

Theo Business Insider, l phản ứng ITER, đang được xy dựng tại Cadarache, miền nam nước Php sẽ giải quyết cc vấn đề trn. ITER c từ trường mạnh 5 Tesla, gấp 100.000 lần từ trường Tri Đất, được pht ra từ 100.000 km dy siu dẫn lm từ hợp kim niobi-thiếc ở nhiệt độ -269C.

Nhiệt độ ny c được nhờ đặt ton bộ hệ thống trong heli lỏng. Nhờ từ trường ny, plasma sẽ được giam lại trong thời gian đủ lu để phản ứng nhiệt hạch xảy ra. L phản ứng c khả năng chứa 840 m3 plasma.

Để vận hnh l phản ứng, trước tin cần phải c nhiệt độ đủ cao để đưa nhin liệu về trạng thi plasma v kch thch phản ứng nhiệt hạch. Việc ny được thực hiện bằng một hệ thống cấp nhiệt ngoi c cng suất 50MW.

Sau khi phản ứng nhiệt hạch xảy ra, năng lượng của cc hạt nhn heli được tạo ra sẽ đủ để duy tr nhiệt độ cao cần thiết cho trạng thi plasma v pht điện. Lc ny c thể ngắt hệ thống cấp nhiệt ngoi, l phản ứng sẽ tự duy tr với điều kiện cung cấp đủ nhin liệu hạt nhn.

Dự n ITER c chi ph khoảng 20 tỷ USD, l dự n khoa học lớn nhất hnh tinh. Dự kiến đến năm 2020 sẽ bắt đầu c thể tạo ra nhin liệu dạng plasma. Nếu cc th nghiệm thnh cng, tới năm 2030 sẽ c thể xy dựng nh my điện nhiệt hạch đầu tin với cng suất khoảng 1GW.

Nguyễn Thnh Minh

Xy dựng thnh cng l phản ứng nhiệt hạch dạng Stellarator

http://khoahoc.tv/xay-dung-thanh-cong-lo-phan-ung-nhiet-hach-dang-stellarator-66513

Sau 19 năm nghin cứu, 1,1 triệu tiếng lm việc khng mệt mỏi, tiu tốn hơn 1 tỷ euro, cuối cng th cc nh khoa học tại Viện Max Planck đ xy dựng hon tất Wendelstein 7-X một l phản ứng hợp hạch hạt nhn dạng Stellarator lớn nhất từ trước tới nay. Cng cuộc đi tm nguồn năng lượng gần như vĩnh cửu cho nhn loại lại tiến thm một bước, con ngựa bất kham đ được thuần ha v phục vụ con người?

Xy dựng thnh cng l phản ứng nhiệt hạch dạng Stellarator lớn nhất thế giới

Trước giờ ngoi năng lượng gi, sng biển hoặc Mặt Trời th cc nh khoa học lun nghĩ tới phản ứng hạt nhn như một cch để gip nhn loại giải tỏa cơn kht năng lượng đang ngy cng cấp bch. Loại phản ứng hứa hẹn nhất l hợp hạch hạt nhn (phản ứng tổng hợp hạt nhn, phản ứng nhiệt hạch). Tuy nhin, đy vẫn l con ngựa bất kham m cho tới nay, cc nh khoa học vẫn chưa thể kiểm sot được phản ứng v cho ra mức năng lượng khả dụng.

Một trong những cch tiếp cận được cho l c nhiều triển vọng nhất để thực hiện phản ứng l thiết bị tạo từ trường hnh xuyến Tokamak do Lin X chế tạo để giam giữ plasma bn trong nhằm duy tr phản ứng nhiệt hạch. Hiện tại, thế giới cn khoảng 100 thiết bị dạng Tokamak đang hoạt động nhưng d qua nhiều năm, qua cc thế hệ X, XX nhưng Tokamak vẫn chưa thể tạo ra mức năng lượng khả dụng để xy dựng nh my điện do cn nhiều nhược điểm chưa thể vượt qua.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/thie1babft-be1bb8b-de1baa1ng-stellarator.jpg?w=660

Một cch tiếp cận khc l thiết bị dạng Stellarator. N cũng tương tự như Tokamak, giam kh siu nng bn trong từ trường để duy tr phản ứng. Tuy nhin, cả 2 đều c kết cấu tổng thể tạo từ trường hnh bnh donut v n mắc phải nhược điểm l: từ trường ở cng gần tm th cng mạnh, v n sẽ yếu dần khi ra mp bn ngoi.

D vậy, điểm khc nhau của Stellarator v Tokamak l cch giải quyết vấn đề. Tokamak sử dụng dng điện để xoắn cc electron v ions trong plasma, tạo ra một vng lặp theo chiều dọc cũng như chiều ngang trong chiếc bnh donut. Tuy nhin do sử dụng điện nn khi gặp sự cố về điện, từ trường cũng sẽ bị ph vỡ v l phản ứng sẽ bị tổn hại, rất nguy hiểm.

Ngược lại, Stellarator tạo ra vng lặp ngang dọc ny bằng chnh thiết kế ban đầu của thiết bị, bọc thm cc cuộn dy vo chiếc bnh donut. Tuy nhin, cch lm ny lại khiến Stellarator kh xy dựng hơn Tokamak mặc d n c ưu điểm l khng cần xi điện. Nhưng nếu xy dựng thnh cng, phản ứng sẽ được diễn ra an ton hơn do từ trường được tạo thnh từ cc cuộn dy bọc vng quanh, giữ cho plasma lun ở bn trong.

Giờ đy, sau nhiều năm nghin cứu th Wendelstein 7-X l phản ứng nhiệt hạch dạng Stellarator lớn nhất thế giới đ được cc nh khoa học tại tại Viện Max Planck, Đức, xy dựng hon tất. Được biết, cc nh nghin cứu đ sử dụng sự trợ gip của siu my tnh để thiết kế ra hnh dng của l với độ chnh xc cực kỳ cao nhằm đẩy hiệu suất phản ứng ln mức mong muốn.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/2.jpg?w=660

Giờ đy, cng việc của cc nh nghin cứu chỉ cn đợi ph duyệt từ Cơ quan quản l hạt nhn của Đức l c thể vận hnh l phản ứng. Nếu mọi chuyện sun sẻ, thng 10 mọi thủ tục sẽ hon tất v l sẽ chnh thức đi vo hoạt động. Đy khng chỉ l một nh my điện đơn thuần m việc xy dựng thnh cng Wendelstein 7-X cn được cho l một sự kiện c thể thay đổi cả thế giới.

Thnh cng ny sẽ được nhn rộng, tạo nn những nh my điện khng kh thải, hiệu suất cực kỳ cao v theo gio sư Thomas Klinger, gim đốc dự n xy dựng l phản ứng th Hy tưởng tượng với l phản ứng ny, bạn chỉ cần tốn 3 chai nước l c thể cung cấp điện cho cả một hộ gia đnh trong suốt cả năm. Thật quả khng ngoa khi ni rằng năng lượng tưởng chừng chỉ c trn những v sao đ được con người tạo ra thnh cng.

Video giới thiệu cấu trc v cch hoạt động của l​:

Cập nhật: 27/10/2015 Theo Tinh Tế

Xem thm: l phản ứng hợp hạch hạt nhn l phản ứng hợp hạch hạt nhn dạng Stellarator phản ứng hợp hạch hạt nhn l phản ứng nhiệt hạch dạng Stellarator l phản ứng Wendelstein 7-X

Điều khiển phản ứng nhiệt hạch bằng laser

http://khoahoc.tv/dieu-khien-phan-ung-nhiet-hach-bang-laser-52175

Sau nhiều năm nghin cứu v chế tạo dường như khng c điểm dừng, cuối cng th 1 phức hợp laser khổng lồ trị gi 5 tỷ đ la đ được cc nh khoa học cho ra đời v đạt bước thnh cng đầu tin l c thể thực hiện được phản ứng nhiệt hạch tương tự như Mặt Trời. Đy l tiền để mở ra kỷ nguyn mới của nguồn năng lượng gần như l v tận sử dụng trong tương lai.

Tại 1 cơ sở nghin cứu kch nổ (NIF) thuộc Phng th nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, bang California, cc nh khoa học đ ghp 192 tia laser khổng lồ thnh 1 phức hợp c kch thước cỡ 1 sn bng đ v đồng loạt bắn vo 1 khối vng nhỏ hnh trụ chứa nguyn liệu nhiệt hạch v lm n bay hơi hon ton.

Trn mặt l thuyết, qu trnh trn tạo ra ln sng tia X v cng mạnh mẽ hướng vo hạt nhin liệu c kch thước nhỏ hơn hạt tiu, nghiền nt những nguyn tử Hydro bn trong thnh Heli v giải phng nguồn năng lượng v cng lớn giống như vụ nổ của 1 quả bom khinh kh thu nhỏ.

D vậy trong 4 năm qua kể từ khi phng th nghiệm bắt đầu hoạt động từ năm 2009, bước cuối cng l chuyển ha nguyn tử Hydro thnh Heli đ khng thnh cng hoặc số lượng Heli tạo thnh rất t.

Cuối cng th, theo bo co mới đy trn tờ Nature th giai đoạn chuyển ha cuối cng dự n đ đạt được bước tiến lớn. Trong 2 th nghiệm thực hiện hồi thng 9 v thng 11 năm ngoi, cc nh khoa học đ pht hiện ra rằng bắn ph Hydro nng chảy c thể sản sinh ra được nhiều năng lượng hơn so với điều kiện thng thường. Tuy nhin, phản ứng nhiệt hạch điều khiển bằng laser vẫn cn xa thực tế do chỉ mới c 1% năng lượng laser c thể tiếp cận được với hidro.

Nh khoa học tại Livermore đồng thời l trưởng của dự n, tiến sĩ Omar A. Hurricane đ chia sẻ: Chng ti đ nhảy ma la ht v qu sức vui mừng. Chng ti đ đạt được 1 bước tiến lớn so với trước đy. Điều ny c thể được gọi l 1 bước ngoặc lớn trong tiến độ thực hiện dự n. Ni c vẻ hơi khoa trương, nhưng thật sự l vậy. Chng ti đ lm cho nhin liệu bn trong giải phng lượng năng lượng chưa từng c so với cc nghin cứu trước.

https://khoahocnet.files.wordpress.com/2018/01/3.jpg?w=660

Cc nh khoa học trong dự n đ đạt được thnh cng bằng cch thay đổi hnh dạng của cc xung laser để nung nng Hydro, hỗn hợp của 2 đồng vị nặng hơn l deuterium v tritium. Nhiệm vụ tiếp theo của cc nh khoa học l tm cch tăng p lực để vượt qua cc tc nhn trở ngại nhằm tạo thnh 1 phản ứng nhiệt hạch quy m lớn v ổn định hơn. Một kiến đề xuất l sẽ thay đổi hnh dạng của buồng nguyn liệu từ hnh trụ sang tương tự như một quả bng bầu dục.

Đy l 1 kết quả đầy hứa hẹn trong việc c thể hon thiện phản ứng nhiệt hạch. Thnh cng bước đầu l cc hạt nhn Heli đ được tạo thnh từ năng lượng pht nổ của cc nguyn tử Hydro ln cận. Hiện tại, mới chỉ c 1 lượng nhỏ hidro trong khối nhin liệu được kết hợp v tiếp cận tới năng lượng từ laser để kch nổ. Cc nh khoa học vẫn phải tm cch kch hoạt phản ứng dy chuyền để ton bộ lượng nguyn liệu đều tham gia phản ứng để giải phng tối đa năng lượng.

Nh vật l b thin văn học, gio sư Robert J. Goldston cho biết c thể hnh dung ton bộ chu trnh giống như quẹt một que dim sau đ chm lửa đốt chy ton bộ 1 đống gỗ lớn vậy. V thnh cng bước đầu của dự n c thể hiểu nm na l đ sắp sửa đnh lửa được que dim. Đy chnh l 1 bước tiến quan trọng của dự n.

Từ lu, cc nh khoa học lun mong muốn thực hiện phản ứng nhiệt hạch để tạo ra nguồn năng lượng sạch dồi do hơn nhin liệu ha thạch hay năng lượng hạt nhn. Phản ứng hạt nhn vẫn cn mắc phải khuyết điểm l tạo ra cc sản phẩm kh phn hủy sau qu trnh chia cắt nguyn tử uranium.

Kế hoạch thnh lập phng th nghiệm kch nổ tại Livermore đ c từ hơn 2 thập kỷ trước để thực hiện cc nghin cứu năng lượng lẫn duy tr vũ kh hạt nhn cho Mỹ. Dự n cn hướng tới việc m phỏng v kiểm chứng cc vụ nổ hạt nhn bằng my tnh thay v thực hiện thực tế. Tuy nhin, cc th nghiệm lin tục thất bại cho thấy hiểu biết của cc nh khoa học về phản ứng nhiệt hạch vẫn chưa đầy đủ.

Hồi năm 2012, phng th nghiệm đ thất bại trong dự n: kch hoạt phản ứng nhiệt hạch c khả năng tự duy tr v sản sinh ra lượng năng lượng lớn hơn để cung cấp cho hệ thống kch hoạt bằng laser. Bước tiến mới của cc thử nghiệm gần đy đ gip cc nh khoa học c thm niềm tin cho cc thnh cng trong tương lai. Đồng thời đy cũng l nguyn nhn gip duy tr phng th nghiệm tiu tốn hng tỷ đ la hng năm ny.

Tuy nhin, laser khng phải l cch tiếp cận duy nhất m cc nh khoa học nghĩ tới để khai thc nguồn năng lượng vĩnh cửu. Cc nh khoa học cũng đ thử nghiệm 1 l phản ứng hnh bnh doughnut mang tn tokamaks sử dụng từ trường để chứa v nn nhin liệu Hydro. Vo cuối những năm 1990, phng th nghiệm Joint European Torus tại Anh đ c thể tạo ra được 16 triệu watt điện năng trong 1 khoảng khắc từ phản ứng nhiệt hạch. Mức năng lượng sinh ra đạt 70% mức năng lượng cần thiết để tạo ra phản ứng.

Một dự n quốc tế tương tự mang tn ITER cũng vừa mới bắt đầu xy dựng l phản ứng tại Php v dự kiến sẽ vận hnh vo năm 2020.

Cập nhật: 24/02/2014Theo Tinh Tế

Xem thm: phản ứng nhiệt hạch laser điều khiển phản ứng nhiệt hạch phức hợp laser năng lượng laser

Tham khảo thm

Trở lại