.jpeg)
Quang cảnh buồng từ trường hình xuyến (Tokamak) của Lò phản ứng Joint European Torus (JET) tại Trung tâm Khoa học Culham. Lò phản ứng JET là thiết bị nhiệt hạch lớn nhất trên thế giới được dùng để duy trì 16 megawatt năng lượng trong một giây vào năm 1997. (Ảnh: AFP/Getty Images)
HOA KỲ - Thượng viện Hoa Kỳ cho biết, năng lượng nhiệt hạch là một nguồn cung cấp năng lượng sạch và gần như vô tận. Với những tiến bộ trong khoa học kỹ thuật, thời điểm năng lượng nhiệt hạch trở thành một lựa chọn trong sản xuất điện năng đang ngày một gần hơn.
Các chuyên gia năng lượng nhiệt hạch (fusion power) trong chính phủ Mỹ, các học viện và các khu vực tư nhân đã làm chứng về triển vọng của nghiên cứu nhiệt hạch trước Ủy ban Năng lượng và Tài nguyên Thiên nhiên Thượng viện Mỹ (United States Senate Committee on Energy and Natural Resources) vào ngày 15/9.
Ông Bob Mumgaard, Giám đốc điều hành của công ty nhiệt hạch tư nhân Commonwealth Fusion Systems cho biết: “Chúng tôi tin rằng chúng ta đứng trước một cơ hội về các nhà máy điện nhiệt hạch thương mại bắt đầu từ đầu những năm 2030”.
Một cuộc khảo sát của Hiệp hội Công nghiệp Hợp nhất (Fusion Industry Association) năm 2022 cho thấy lĩnh vực này đã thu hút hơn 4,7 tỷ USD đầu tư tư nhân, đánh dấu mức tăng hơn 2,8 tỷ USD chỉ trong một năm.
Hiệp hội Công nghiệp Hợp nhất là một hiệp hội thương mại phi lợi nhuận được đăng ký tại Hoa Kỳ cho ngành công nghiệp phản ứng tổng hợp hạt nhân, có trụ sở chính tại Washington và được thành lập vào năm 2018 để ủng hộ các chính sách nhằm đẩy nhanh sự xuất hiện của sức mạnh nhiệt hạch.
Các nhà máy hạt nhân ngày nay dựa trên sự phân hạch hạt nhân (nuclear fission). Nói cách khác, họ khai thác năng lượng được tạo ra từ việc tách các nguyên tử nặng, chẳng hạn như uranium.
Phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch
Ngược lại, năng lượng nhiệt hạch được tạo ra khi hạt nhân của hai nguyên tử nhẹ kết hợp với nhau để tạo thành một nguyên tử lớn hơn.
Nhiệt hạch (hay hợp hạch) là phản ứng hạt nhân, trong đó hai hoặc nhiều hạt nhân nguyên tử này kết hợp với nhau để tạo thành một hoặc nhiều hạt nhân nguyên tử khác và giải phóng các hạt nơtron với năng lượng rất cao. Khi 2 hạt nhân Hyđrô hợp nhất để trở thành Heli, chúng tạo ra nguồn năng lượng cao hơn 8 lần so với năng lượng trong phản ứng phân hạch Urani ở các lò phản ứng hạt nhân hiện tại (phản ứng nhiệt hạch Hyđrô tạo năng lượng khoảng 17,6 MeV trong khi phản ứng phân hạch Uranium tạo ra năng lượng trung bình là 2 MeV). Để phản ứng nhiệt hạch có thể diễn ra, cần một lực tác động rất lớn, lực này phải thắng được lực đẩy tĩnh điện (lực đẩy Cu-lông) giữa 2 hạt nhân Hyđrô cùng mang điện tích dương để đưa chúng đến gần nhau và kết hợp với nhau.
Phản ứng nhiệt hạch mà các nhà khoa học cho là có tiềm năng nhất liên quan đến hai đồng vị của hydro là đơteri và triti. Khi kết hợp cả ba, chúng sẽ tổ hợp thành heli.
Tuy nhiên, phản ứng đó sẽ xảy ra nếu được đun nóng ở nhiệt độ trên 180 triệu độ F.
Khi nhiệt độ tăng lên, hỗn hợp khí chuyển sang thể plasma: một mớ hỗn độn lỏng lẻo của các hạt nhân mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm. Dạng vật chất này nghe có vẻ kỳ lạ, nhưng nó chiếm hơn 99% thể tích vũ trụ mà con người có thể nhìn thấy được.
Các nhà nghiên cứu nhiệt hạch có thể giam giữ trạng thái plasma đó bằng từ trường trái đất.
ITER, một tổ chức hợp tác quốc tế lớn trong đó có Hoa Kỳ, đang thực hiện thí nghiệm giam giữ plasma bằng từ trường lớn như vậy. ITER là một lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế có sức mạnh từ trường gấp 100 nghìn lần từ trường Trái đất.
Năng lượng nhiệt hạch đủ mạnh để cung cấp năng lượng cho các ngôi sao. Đó là cách mặt trời của chúng ta tạo ra nhiệt và ánh sáng.
Mặt trời và các ngôi sao được cung cấp năng lượng nhờ vào phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch) bên trong lõi của chúng. Các “lò” phản ứng này được xem là một nguồn cung cấp năng lượng sạch và gần như vô tận.
Phản ứng nhiệt hạch hạt nhân sinh ra nhiều năng lượng hơn so với phản ứng phân hạch hạt nhân mà không tạo ra bất kỳ chất thải phóng xạ lâu dài nào. Giống như sự phân hạch, nó không tạo ra bất kỳ khí nhà kính nào.
Sự thiếu hụt triti đã làm dấy lên lo ngại về khả năng tồn tại của phản ứng tổng hợp đơteri-triti.
Ông Scott Hsu, điều phối viên chính của Bộ Năng lượng Mỹ, cho biết: “Để tạo ra triti, chúng tôi cần lithium".
Chủ tịch Ủy ban Năng lượng và Tài nguyên Thiên nhiên Thượng viện Mỹ Joe Manchin nhận định rằng, năng lượng nhiệt hạch có thể giúp mang lại hòa bình cho thế giới.
“Có một câu nói cổ về phản ứng nhiệt hạch. Họ nói rằng phải mất 30 năm nữa và sẽ luôn là như vậy. Nhưng tôi tin rằng hiện nay, điều đó không còn đúng nữa", thành viên cấp cao của Ủy ban John Barrasso (Cộng hòa-Wyoming) cho hay.
Những tiến bộ nhanh chóng về hy vọng nhiên liệu
Sự lạc quan của Thượng viện Mỹ bắt nguồn từ những đột phá khoa học gần đây.
Một nhóm tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore đã tạo ra “plasma cháy” (burning plasma) đầu tiên vào năm 2020 và 2021. "Plasma cháy” là một phản ứng, trong đó phần lớn nhiệt trong plasma đến từ chính các phản ứng nhiệt hạch.
Vào tháng 8/2021, các nhà nghiên cứu của Lawrence Livermore đã đạt được khả năng đánh lửa. Điều đó có nghĩa là năng lượng đến từ phản ứng nhiệt hạch đã vượt quá năng lượng được đưa vào trong nó.
Lò phản ứng Joint European Torus (JET) ở Vương quốc Anh cũng đặt ra một tiêu chuẩn mới. Nó tạo ra 59 megajoules năng lượng tổng hợp hạt nhân, cao gấp hơn 2 lần so với mốc kỷ lục 22 megajoules đạt được năm 1997.
“Năng lượng nhiệt hạch vẫn chưa ở giai đoạn thỏa mãn nhu cầu về nguồn năng lượng sạch dồi dào. Tuy nhiên, chúng tôi hiểu rằng nó có tiềm năng cung cấp năng lượng trong nhiều thiên niên kỷ", ông Tim Luce, người đứng đầu bộ phận khoa học và hoạt động của ITER cho biết.
Ông Hsu cho biết, mặc dù phản ứng nhiệt hạch được biết đến từ lâu, nhưng phản ứng nhiệt hạch giờ đây cũng là một cuộc cạnh tranh trên trường quốc tế.
Các chuyên gia nhấn mạnh "tầm nhìn táo bạo" đối với năng lượng nhiệt hạch, cơ sở của hội nghị thượng đỉnh vào tháng 3 của Văn phòng Chính sách Khoa học và Công nghệ Nhà Trắng và Bộ Năng lượng.
Thượng nghị sĩ Mazie Hirono (Dân chủ-Hawaii) được đặt câu hỏi về sự an toàn của năng lượng nhiệt hạch.
Ông Hsu lưu ý rằng một lượng lớn tritium nên được bảo quản an toàn.
Ông Steven Cowley, Giám đốc Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton cho biết: “Tổng mức chất thải phóng xạ từ một nhà máy nhiệt hạch điển hình sẽ thấp hơn khoảng 1.000 lần so với một trạm phân hạch".
'Điều này có thực sự sẽ xảy ra không?'
Thượng nghị sĩ John Hoeven (Cộng hòa-North Dakota) đã đặt một câu hỏi đơn giản hơn, dựa trên những lời hứa hàng thập kỷ nhưng không phải lúc nào cũng được Big Science tuân thủ: "Điều này có thực sự xảy ra không?".
Big Science là các bộ giáo trình theo chuẩn Common Core State Standards (Mỹ) của Nhà xuất bản Pearson Longman – một trong những tập đoàn xuất bản giáo dục lớn nhất thế giới.
Ông Luce trả lời rằng phần lớn kiến thức khoa học đã có sẵn ở trong đó.
Trước câu hỏi tương tự của Thượng nghị sĩ Angus King, ông Mumgaard cho biết sự đa dạng của các phương pháp tiếp cận công nghệ đang được khám phá cũng như quy mô đầu tư hàng tỷ USD của khu vực tư nhân cho thấy rằng, phương pháp tiếp cận này đã thực sự đạt được tiến bộ.
Các chuyên gia ủng hộ sự hợp tác quốc tế
Thượng nghị sĩ Bill Cassidy (Cộng hòa-Louisiana) đã hỏi các chuyên gia về cách họ có thể ủng hộ các khoản đầu tư vào ITER, vì nó có thể “tiến triển chậm và tăng chi phí”.
“Mỹ trả 9% chi phí xây dựng và 13% phí vận hành. Họ nhận được 100% kết quả. Vì vậy, nếu họ tự làm điều đó, họ sẽ phải chi trả 100%", ông Luce của ITER cho biết và nói thêm rằng dự án đã được tiến hành.
Ông Cowley của Princeton cho biết, ITER sẽ cho phép các nhà nghiên cứu tìm hiểu chặt chẽ những gì xảy ra trong phản ứng nhiệt hạch.
Hàm ý địa chính trị
Ông Barrasso hỏi ông Luce rằng liệu Trung Quốc và Nga có nên được phép tiếp tục tham gia vào nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch trên phạm vi quốc tế hay không, do sức ảnh hưởng ngày càng tăng của họ trên trường thế giới.
Ông Luce cho biết nghiên cứu nhiệt hạch theo phương pháp truyền thống đã cung cấp một nền tảng hòa bình cho các quốc gia thù địch.
Ông nói thêm: “Không có tiềm năng vũ khí hóa cho phản ứng nhiệt hạch giam giữ từ trường".
Ông Cowley làm chứng rằng Trung Quốc hiện là đối thủ cạnh tranh lớn nhất của Hoa Kỳ trong nghiên cứu nhiệt hạch, lặp lại nhận xét của ông Hsu về bản chất cạnh tranh của lĩnh vực này.
Ông nói: “Trung Quốc đang đầu tư rất nhiều tiền vào khía cạnh công nghệ".
Các giới hạn trong khuôn khổ quy định hạn chế về hạt nhân của Hoa Kỳ cũng được chú trọng.
(ntdnv.net; Huyền Anh - Theo The Epoch Times)
