Khám phá lò phản ứng đầu tiên có thể sản xuất năng lượng vô tận

0:00 / 0:00
0:00
(Ngày Nay) - Đây là lò phản ứng đầu tiên trên thế giới sẽ cung cấp năng lượng cho Trái đất bằng phản ứng hạt nhân giống như Mặt trời.
Hình ảnh thể hiện ý tưởng của Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER) nhằm chứng minh tính khả thi công nghiệp của năng lượng nhiệt hạch hạt nhân. Ảnh: iter.org.
Hình ảnh thể hiện ý tưởng của Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER) nhằm chứng minh tính khả thi công nghiệp của năng lượng nhiệt hạch hạt nhân. Ảnh: iter.org.

Tại trung tâm Provence ở Pháp, một số nhà khoa học hàng đầu thế giới đang tạo tiền đề cho thí nghiệm khoa học lớn nhất và tham vọng nhất trên toàn cầu.

Ý tưởng của các nhà khoa học là tạo ra một thiết bị tổng hợp hạt nhân lớn nhất thế giới thông qua khai thác năng lượng từ phản ứng tương tự cung cấp năng lượng cho Mặt trời.

Laban Coblentz, Giám đốc Truyền thông của Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER), cho biết: “Chúng tôi đang chế tạo thiết bị phức tạp nhất từng được thiết kế”.

Nhiệm vụ trước mắt là chứng minh tính khả thi của việc khai thác ở quy mô công nghiệp phản ứng tổng hợp hạt nhân - phản ứng tương tự cung cấp năng lượng cho Mặt trời và các ngôi sao.

Để làm được điều này, khoang chứa từ trường lớn nhất thế giới, hay còn được gọi là tokamak, đang được xây dựng ở miền Nam nước Pháp nhằm tạo ra năng lượng tích lũy.

Thỏa thuận dự án ITER được Mỹ, EU, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ và Hàn Quốc chính thức ký kết vào năm 2006 tại Điện Elysée ở Paris.

Hiện có hơn 30 quốc gia đang hợp tác trong nỗ lực chế tạo thiết bị thử nghiệm, dự kiến nặng 23.000 tấn và chịu được nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C khi hoàn thiện.

Ông Coblentz cho biết, theo một cách nào đó, đây giống như một phòng thí nghiệm quốc gia, một cơ sở viện nghiên cứu lớn, nhưng thực ra đó là nơi hội tụ của các phòng thí nghiệm quốc gia của 35 nước.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra như thế nào?

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là quá trình trong đó hai hạt nhân nguyên tử nhẹ hợp nhất thành một hạt nhân nặng hơn, giải phóng lượng năng lượng khổng lồ.

Trong trường hợp của Mặt trời, các nguyên tử hydro ở lõi được hợp nhất với nhau nhờ lực hấp dẫn cực lớn.

Trong khi đó, trên Trái đất, hai phương pháp chính đang được khám phá để tạo ra phản ứng tổng hợp.

Ông Coblentz giải thích: “Phương pháp đầu tiên là bắn tia laser vào một lượng rất nhỏ - kích thước bằng hạt tiêu - của hai dạng hydro: deuterium và tritium. Như vậy, một lượng nhỏ vật chất được chuyển thành năng lượng theo công thức E = mc² (E là năng lượng, m là khối lượng vật, c là tốc độ ánh sáng trong chân không)".

Dự án của ITER tập trung vào phương pháp khả thi thứ hai: Phản ứng tổng hợp từ tính (Magnetic Confinement Fusion).

"Trong trường hợp này, chúng tôi có một khoang rất lớn, 800 m³ và chúng tôi đặt một lượng nhiên liệu rất nhỏ -2 đến 3 g nhiên liệu, deuterium và triti - và chúng tôi tăng nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C thông qua các hệ thống kích nhiệt khác nhau", ông Coblentz nói.

Ông Coblentz giải thích thêm: Đó là nhiệt độ mà tại đó, vận tốc của các hạt này cao đến mức thay vì đẩy nhau bằng điện tích dương, chúng kết hợp và hợp nhất. Và khi hợp nhất, chúng giải phóng năng lượng".

Trong tokamak, các hạt tích điện được giữ lại bởi từ trường, ngoại trừ các neutron có năng lượng cao được giải phóng và va vào thành khoang, truyền nhiệt và do đó làm nóng nước xung quanh tokamak. Về mặt lý thuyết, năng lượng sẽ được khai thác bằng hơi nước tạo ra làm quay tuabin.

Richard Pitts, trưởng bộ phận khoa học của ITER, giải thích thêm: “Đây là sản phẩm kế thừa của một dòng thiết bị nghiên cứu lâu đời”.

“Lĩnh vực nghiên cứu vật lý tokamak đã được nghiên cứu trong khoảng 70 năm, kể từ khi những thí nghiệm đầu tiên được thiết kế và xây dựng ở Nga vào những năm 1940 và 1950”, ông Pitts nói.

Theo ông Pitts, các tokamak thời kỳ đầu là những thiết bị nhỏ. Sau đó, chúng ngày càng lớn hơn để tạo ra năng lượng tổng hợp.

Ưu điểm của nhiệt hạch

Các nhà máy điện hạt nhân đã xuất hiện từ những năm 1950, khai thác phản ứng phân hạch, trong đó nguyên tử được tách ra trong lò phản ứng, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ trong quá trình này.

Phân hạch có lợi thế rõ ràng là phương pháp này đã được thử nghiệm và kiểm nghiệm, với hơn 400 lò phản ứng phân hạch hạt nhân đang hoạt động trên toàn thế giới hiện nay.

Tuy nhiên, mặc dù thảm họa hạt nhân hiếm khi xảy ra trong lịch sử, nhưng vụ việc thảm khốc của lò phản ứng số 4 tại Chernobyl vào tháng 4/1986 là một lời nhắc nhở mạnh mẽ rằng chúng không bao giờ hoàn toàn không có rủi ro.

Hơn nữa, các lò phản ứng phân hạch còn phải đối mặt với việc quản lý an toàn một lượng lớn chất thải phóng xạ, thường được chôn sâu dưới lòng đất trong các kho địa chất.

Ngược lại, ITER lưu ý rằng một nhà máy nhiệt hạch có quy mô tương tự sẽ tạo ra năng lượng từ lượng hóa chất đầu vào nhỏ hơn nhiều, chỉ vài gam hydro.

Ông Coblentz lưu ý: “Hiệu quả an toàn thậm chí không thể so sánh được. Chúng ta chỉ cần 2 đến 3 g vật liệu. Hơn nữa, vật liệu trong nhà máy nhiệt hạch, deuterium và tritium, và vật liệu thoát ra, helium không phóng xạ và neutron, đều đã được khai thác. Vì vậy không còn sót lại và lượng chất phóng xạ tồn đọng là cực kỳ nhỏ".

Những trở ngại của dự án ITER

Tuy nhiên, ông Coblentz nhấn mạnh, thách thức của phản ứng nhiệt hạch là những lò phản ứng hạt nhân này vẫn cực kỳ khó xây dựng.

"Chúng ta tìm cách tăng một thứ gì đó lên tới 150 triệu độ C. Đó thực sự là một điều khó thực hiện", ông nói.

Chắc chắn dự án ITER đã phải vật lộn với sự phức tạp của công việc khổng lồ này. Dòng thời gian ban đầu của dự án ITER ấn định năm 2025 là ngày cho ra mắt plasma (khí ion hóa) đầu tiên, với việc vận hành toàn bộ hệ thống được đánh dấu là vào năm 2035.

Tuy nhiên, những trở ngại về thành phần và sự chậm trễ liên quan đến COVID-19 đã dẫn đến lịch trình vận hành hệ thống bị thay đổi và ngân sách tăng vọt. Ước tính chi phí ban đầu cho dự án là 5 tỷ euro nhưng đã tăng lên hơn 20 tỷ euro.

Về mặt hợp tác quốc tế, ITER cũng chịu áp lực trước "những cơn gió ngược" của căng thẳng địa chính trị giữa nhiều quốc gia tham gia vào dự án.

Ông Coblentz lưu ý: Rõ ràng những nước tham gia không phải lúc nào cũng có sự liên kết về mặt ý thức hệ. Dù đã cam kết 40 năm hợp tác cùng nhau, nhưng không có gì chắc chắn. Không bao giờ có sự chắc chắn rằng sẽ không xảy ra một số xung đột.

Tóm lại, với quy mô của thách thức do biến đổi khí hậu gây ra, không có gì ngạc nhiên khi các nhà khoa học đang chạy đua để tìm ra nguồn năng lượng không có carbon để cung cấp năng lượng cho thế giới của chúng ta.

Nhưng việc cung cấp năng lượng nhiệt hạch dồi dào vẫn còn lâu mới đạt được, và ngay cả ITER cũng thừa nhận rằng dự án của họ đại diện cho câu trả lời dài hạn cho những lo ngại về năng lượng.

Để đáp lại quan điểm cho rằng năng lượng nhiệt hạch sẽ đến quá muộn để giúp chống lại khủng hoảng khí hậu một cách có ý nghĩa, ông Coblentz khẳng định rằng năng lượng nhiệt hạch có thể có vai trò xa hơn trong tương lai.

Ông nói: “Nếu mực nước biển dâng cao đến mức chúng ta bắt đầu cần tiêu thụ năng lượng để di chuyển các thành phố, thì đó thực sự là câu trả lời rõ ràng”.

Giáo dục STEM trong trường phổ thông không làm phát sinh môn học, đầu điểm mới
Giáo dục STEM trong trường phổ thông không làm phát sinh môn học, đầu điểm mới
(Ngày Nay) - Bộ Giáo dục và Đào tạo đang lấy ý kiến góp ý đối với dự thảo Thông tư quy định về tổ chức hoạt động giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông. Một trong những nguyên tắc xuyên suốt được đề xuất là không làm phát sinh môn học mới, không tăng thời lượng dạy học, đầu điểm, hồ sơ, sổ sách; không gây áp lực, quá tải cho học sinh và giáo viên.
Cảnh báo về tác hại của bụi mịn PM2.5 đối với sức khỏe răng miệng
Cảnh báo về tác hại của bụi mịn PM2.5 đối với sức khỏe răng miệng
(Ngày Nay) - Một nghiên cứu mới tại Brazil đã lần đầu tiên chứng minh rằng việc tiếp xúc với bụi mịn PM2.5 – thành phần chính của ô nhiễm không khí đô thị – không chỉ gây ra những biến đổi ở niêm mạc miệng mà còn đẩy nhanh quá trình phá hủy các mô nha chu có chức năng nâng đỡ răng.
Không quân Hoàng gia Anh đưa “mắt thần” Rivet Joint tới Na Uy
Không quân Hoàng gia Anh đưa “mắt thần” Rivet Joint tới Na Uy
(Ngày Nay) - Bộ Quốc phòng Anh ngày 21/8 xác nhận Không quân Hoàng gia Anh (RAF) đã triển khai máy bay trinh sát tín hiệu Rivet Joint thuộc Phi đội 51 (đóng tại căn cứ RAF Waddington, miền Đông nước Anh) tới căn cứ Ørland của Na Uy để tham gia cuộc diễn tập Arctic Stone kéo dài một tuần cùng Không quân Hoàng gia Na Uy.
Việt Nam - Singapore và bài học nguyên lý thích ứng với bùng nổ công nghệ
Việt Nam - Singapore và bài học nguyên lý thích ứng với bùng nổ công nghệ
(Ngày Nay) - Trước những biến động dữ dội của công nghệ và địa chính trị toàn cầu, “Đảo quốc Sư tử” đã có những bước chuyển quan trọng để thích ứng với tình hình mới. Kinh nghiệm phát triển khoa học - công nghệ của Singapore mang đến nhiều bài học cho Việt Nam, đặc biệt là trong xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo, nâng cao năng lực quản trị và chủ động thích ứng với những làn sóng công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghiệp bán dẫn.
Thứ trưởng Bộ Nông nghiệp và Môi trường Lê Công Thành phát biểu
Quản lý ngập lụt đô thị: Từ “chống ngập” sang quản trị rủi ro
(Ngày Nay) -Trước tác động mạnh mẽ của biến đổi khí hậu và tốc độ đô thị hóa nhanh, ngập lụt đô thị không còn là bài toán riêng của hệ thống thoát nước. Kinh nghiệm từ Nhật Bản cho thấy, muốn giảm ngập bền vững cần thay đổi cách tiếp cận, từ xử lý tình huống sang quản trị rủi ro, từ phạm vi một đô thị sang quản lý tổng hợp cả lưu vực sông.
Ảnh minh hoạ.
Hà Nội xây dựng hệ thống khám, chữa bệnh từ xa
(Ngày Nay) - Hà Nội sẽ xây dựng hệ thống khám, chữa bệnh từ xa theo mô hình tập trung, kết nối từ Sở Y tế đến các bệnh viện, trung tâm chuyên khoa, chi cục và trạm y tế, qua đó tăng khả năng hỗ trợ chuyên môn cho tuyến cơ sở và nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe người dân.
Iran quyết tâm bảo vệ chủ quyền và không nhượng bộ
Iran quyết tâm bảo vệ chủ quyền và không nhượng bộ
(Ngày Nay) - Giới chức quân sự và lập pháp Iran ngày 21/8 đã đồng loạt đưa ra những tuyên bố cứng rắn khẳng định quyết tâm bảo vệ lợi ích quốc gia và bác bỏ khả năng đàm phán với Mỹ trong bối cảnh hiện nay.
Nguy cơ lây lan virus Tây sông Nile ở châu Âu
Nguy cơ lây lan virus Tây sông Nile ở châu Âu
(Ngày Nay) - Ngày 21/8, Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh châu Âu (ECDC) cho biết, từ đầu năm đến nay, 12 quốc gia và vùng lãnh thổ ở châu Âu đã ghi nhận các trường hợp nhiễm virus Tây sông Nile lây truyền trong cộng đồng.