Sau hơn một năm chuẩn bị kỹ thuật và thử nghiệm, cỗ máy đầu tiên trên thế giới với tên gọi Wendelstein 7-X-Stellarator đăt tại Viện Max Planck về Vật lý Plasma (IPP) ở thành phố Greifswald, Cộng hòa Liên bang Đức đã được vận hành và tạo ra được khối plasma helium ( các ion He+) đầu tiên trên thế giới.
Dù đây mới là sự khởi động thành công đầu tiên với mẻ plasma ban đầu nhưng sự kiện khoa học này đã được giới khoa học cũng như ngành công nghệ năng lượng trên thế giới đón nhận như một sự kiện lớn mở ra một tương lai đầy hứa hẹn.
Nhiều người biết rằng đó là kết quả nghiên cứu với bao nhiêu công sức và trí lực, bắt đầu từ 19 năm trước với 1,1 triệu giờ làm việc không mệt mỏi. Thiết bị khoa học này cũng chỉ mới hoàn tất công đoạn lắp ghép vào cuối tháng 10 vừa qua và trị giá lên đến 1 tỷ euro.
|
|
Bên trong của lò phản ứng tổng hợp hạt nhân “The Wendelstein 7-X stellarator” trong quá trình lắp ráp. Ảnh từ Thorsten Brauer/IPP. |
Hướng đến nguồn điện năng mới
Việc khai thác năng lượng tổng hợp hạt nhân và nâng lên thành nguồn điện năng tương lai đang là hoài bão của cả thế giới hiện nay. Vì rằng, trong số các nguồn năng lượng đang khai thác sử dụng hiện nay, mỗi loại đều có những hạn chế và đều đang đứng trước những mối đe dọa riêng.
Trước hết, các nguồn năng lượng hóa thạch, đặc biệt các nhà máy nhiệt điện than sử dụng rộng khắp hiện nay, đang đứng trước đòi hỏi cấp bách phải xóa bỏ để chống lại sự ô nhiễm môi trường, phát thải quá nhiều khí nhà kính và đóng góp lớn vào mối hiểm họa nâng cao nhiệt độ Trái Đất.
Với thủy điện, đây là nguồn năng lượng sạch nhưng không còn tương lai cho sự phát triển vì gần như đã được khai thác cạn kiệt.
Còn năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời, dù dự trữ dồi dào vô tận, nhưng giá thành hiện nay còn cao và đang phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như vị trí địa lý hay khí hậu.
Riêng đối với điện hạt nhân hoạt động theo phản ứng phân hạch hạt nhân (nuclear fission) và hiện nay đang phát triển, nhiều nhà máy điện hạt nhân ở nhiều nước và nhiều châu lục đã và đang đáp ứng nhu cầu điện năng rộng lớn trên thế giới. Dù vậy, nguồn nguyên liệu Uranium không phải là vô tận; tuy nguồn cung cấp còn đảm bảo cho nhiều năm nữa nhưng cũng sẽ có lúc cạn kiệt. Ngoài ra, vấn đề an toàn hạt nhân, sau sơ suất của con người (thảm họa Chernobyl…) hay yếu tố bất lợi của thiên nhiên (tai họa kép “động đất và sóng thần” Fukushima) vẫn là mối lo trong cộng đồng dân cư ở một số nước.
Trong bối cảnh đó, nhiều nước, đặc biệt các nước công nghệ phát triển đang bắt đầu hướng đến nguồn lượng năng lượng mới - nguồn điện năng tổng hợp hạt nhân (nuclear fusion).
Điện năng tổng hợp hạt nhân
Năng lượng tổng hợp hạt nhân dựa trên nguyên lý của nhà bác học vĩ đại Albert Einstein, người Đức gốc Do Thái.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra khi hai nhân hợp lại với nhau thành một nhân nặng hơn đồng thời giải phóng một khối năng lượng khổng lồ. Chẳng hạn, phản ứng tổng hợp hạt nhân mô tả hình 2a, trong đó hai hạt nhân Tritium H3 và Deutrium H2 kết hợp với nhau và tạo thành hạt nhân nặng hơn Helium He4 đồng thời phát ra 1 hạt nhẹ là neutron n.
Phản ứng này ngược lại phản ứng phân hạch hạt nhân; trong đó phản ứng tự động xảy ra hay được kích thích bởi một tác nhân; chẳng hạn hạt nơtron n, rồi phân rã thành hai hạt nhân nhẹ hơn đồng thời phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ alpha, beta, gama… Trên hình 2b minh họa phản ứng phân hạch của một hạt nhân nặng (chẳng hạn U235), dưới tác động của 1 hạt nhẹ nơtron n; hạt nhân U235 tách thành 2 hạt nhân nhẹ hơn cùng với hạt n khác. Trong các hình 2a và 2b các “quả cầu” màu đỏ mô tả cho hạt proton p và màu xanh cho hạt nơtron.
|
|
Nguyên lý phản ứng tổng hợp hạt nhân. Ảnh từ vampro.vn |
 |
|
Nguyên lý phản ứng phân hạch một hạt nhân nặng. Ảnh từ GenK |
Điều đáng lưu ý ở đây là trong lò phản ứng tổng hợp hạt nhân các “nhiên liệu nhẹ” H1, H2 và H3 cần phải được kích động như thế nào để có thể va chạm vào nhau tạo thành phản ứng. Theo tài liệu vừa công bố, trong lần hoạt động thử nghiệm chính thức của lò phản ứng tổng hợp hạt nhân Wendelstein 7-X vào ngày 3/12/2015, lò được lấp đầy bằng khí Heli và được nung nóng bằng tia laser lên đến 1 triệu độ C. Ở nhiệt độ đó các nguyên tử bị ion hóa; tức plasma được sản sinh bên trong lò và duy trì trong vòng 1/10 giây, không quá dài nhưng đủ để chứng tỏ lò thí nghiệm Wendelstein 7-X hoạt động một cách bình thường. Tạo thành plasma là một quá trình quan trọng trong hệ thiết bị khai thác năng lượng tổng hợp hạt nhân.
Lò Wendelstein 7-X-Stellarator xây dựng tại Viện Max Planck, Tp. Greifswald (Đức) vừa hoàn thành và đưa vào thử nghiệm là loại lò phản ứng tổng hợp hạt nhân lớn nhất thế giới. Đó là một hệ thống thiết bị khoa học công nghệ rất phức tạp, bao gồm nhiều bộ phận tinh vi và đạt tiêu chuẩn cao từ buồng chân không siêu cao, hệ thống siêu lạnh và thiết bị sưởi ấm đến các cuộn dây siêu dẫn tạo từ trường và hệ điều khiển bằng máy điện toán v.v…
Tất cả các bộ phận riêng rẻ nói trên đều đã lần lượt được thử nghiệm để đến ngày 10/12 /2015 vừa qua đưa vào hoạt động thử nghiệm toàn hệ thống lần đầu tiên.
Và trong lần thử nghiệm toàn bộ hệ thiết bị, lò Wendelstein 7-X được lấp đầy bằng khí Heli và được nung nóng bằng tia laser đạt đến 1 triệu độ C để tạo thành các ion mang điện tích hay plasma. Plasma được sản sinh bên trong lò và được duy trì trong vòng 1/10 giây, như vậy không quá dài nhưng đủ để chứng minh Wendelstein 7-X hoạt động một cách bình thường. Mong muốn tiếp theo của đội ngũ nghiên cứu là kéo dài thời gian hoạt động lên 30 phút và thay Heli (hay Hydro nặng H2) bằng Hydro bình thường (H1) trong lần thử nghiệm tiếp theo dự kiến vào khoảng tháng 1/2016 này.
Dù rằng, trong thực tế, lò Wendelstein 7-X- Stellarator chưa được chế tạo để hoạt động như một máy phát điện thực sự của thế hệ nhà máy điện tổng hợp hạt nhân hoàn toàn mới trong tương lai. Nhưng trên con đường đi đến một nền công nghiệp điện tổng hợp hạt nhân tương lai, thành tựu đạt được (tạo ra được khối plasma helium ( các ion He+) đầu tiên trên thế giới) vào ngày 3/12/2015 là rất đáng khích lệ.
Trần Minh (tổng hợp)
TIN BÀI KHÁC
.svg){kind=icon}
