Sự nhiệt hạch hạt nhân docx

Sự nhiệt hạch hạt nhân Khi chúng ta kỉ niệm 50 năm ra đời laser thì một cột mốc thoáng hiện lờ mờ trong thế giới nhiệt hạch laser. Trong bài, Mike Dunne mô tả việc thu được sự đánh lửa – điểm khởi phát của sự nhiệt hạch – với laser lớn nhất thế giới sẽ làm chuyển biến như thế nào cuộc săn tìm nguồn điện năng dồi dào, phi carbon. Ba ngày sau khi Theodore Maimanchứngminh được laserruby đầu tiên của tại phòng thí nghiệmcủa ông ở Malibu, California,vào tháng 5/1960,một nhà khoa họclàm việc cách đấy vài dặm đường tại Phòng thínghiệm quốc gia Lawrence Livermoređã đi đến ý tưởng sử dụng laserkể khaithác nguồn năng lượng của các sao.Mặc dù cácchi tiết cụ thể củadụng cụ của Maimansẽ không xuấthiện trongvài tuần,nhưngcác nhàkhoa học đã biết rằngkhả năng tập trung năng lượngcủalaser trong thời gian và không giansẽ làkhông có tiền lệ. Một nhà khoa họcLivermoretự hỏi, không biết có thể sử dụng laser để hợp nhất các nguyêntử nhỏ lại với nhau để tạo ramột nguyên tử nặnghơn, bềnhơn– đồng thời giảiphóng nhữnglượng lớn nănglượngtrong quá trình đó? Do mứcđộ giữ kín bí mậtthịnhhành khi ấyvề vật chất nguyên tử, nên mất thêm 12 nămnữa thì nhà khoahọc trong câu hỏi,John Nuckolls,mới côngbố rõ ràng các ý tưởng của ông về sự nhiệt hạch bằng laser trước cộng đồng khoahọc rộng rãi hơn. Viết trêntạp chí Nature, Nuckolls và các đồng sự của ông giải thíchrằng để cho cơ cấu củahọ hoạt động,thì phải xâydựng một laser cỡ lớn – loại có thể nén và làm nóng nhiên liệu nhiệthạch đến nhiệt độ K và mật độ gấp 1000lần mật độ chất lỏng, cácđiều kiện vượtcả những cái tìmthấy tại tâm củaMặt trời. Đội của Nuckolls tiênđoán rằngmột laservới nănglượng1 kJ và độ dài xungvài ba nanogiây sẽ là đủ để kíchhoạt quá trìnhtrên,mặc dùmột laser lớnhơn nhiều (một vài mega jun,như ước tính) sẽ làcần thiếtđể tạo racông suấtthực.Thật khôngmay, nhữngthí nghiệm này chứngtỏ rằng hành trìnhđó sẽ khó khănhơn nhiều so với tiên đoán: bản thângiá trị ngưỡng có khả năng ở mức mega jun,do yêu cầu phải vượt qua một khoảng không ổn địnhgâykhó khăncho các nỗ lực hợp nhất năng lượng laser với nhiên liệu vàrồi nén nó đến mật độ cần thiết. Nhưng saunhững nămtháng thành công liên tiếp, cuối cùng chúng ta đangbước vào mộtgiai đoạn thậtsự hào hứng trongthế giới nhiệt hạch bằng laser.Thậpniên qua đã chứngkiến nhữnglượng tiền đầu tư chưa có tiền lệ cho lĩnhvực trên,với mục tiêu chínhlà chứng minh, một lần và mãi mãi, rằngcơ sở khoahọc của sự nhiệt hạch bằnglaser thật sự hoạt động.Cơ sở ĐánhlửaQuốc gia Hoa Kì (NIF) mới hoàn thành gầnđây, đặt tại phòngthí nghiệm nơi Nuckollsđã có ý tưởng lớn của ông cáchnay 50năm, nằmtrongsố nhữngkết quả xác thực nhất của nỗ lực này. Và hơnmột năm saukhi NIF chính thức mở cửa, các nhà khoa học ở đó hiện nayđang ở trên bờ vựcđộtphá: vượtquangưỡng cần thiết chosự khởi hoạt một phảnứng nhiệt hạch tự duy trì, đưa đến sự giải phóng năng lượng tổngthể lần đầu tiên. Cơ sở Đánh lửa Quốc gia Hoa Kì (NIF) làlaser lớnnhất thế giới. Đặt tại Phòngthí nghiệmquốc giaLawrenceLivermoreở California, nó chiếm 70,000 (xấp xỉ hai sânbóng đá) và chứa 8000 đơnvị quangcỡ lớn (mỗiđơn vị đường kính 1m) và 30.000đơnvị quang nhỏ hơn. Nhữngbộ phận này và bộ phận khác được chứa trong chừng6000 đơn vị dạng môđun cóthể thay thế nhanhchóngkhi cần thiết để đảmbảo sự hoạt độngliên tụccủa cơ sở. Phối hợp với nhau,192 chùm laser củacơ sở có thể phân phát 1,8 MJnăng lượng với công suấtkết hợp500 TW( ). Giá trị này bằng khoảng 40lầncông suấttiêu thụ trung bình của toàn thế giới, và lớn hơn vài lần so với công suất của toàn bộ ánh sáng mặt trời rơi lên trái đất. Tấtnhiên, côngsuấtnày chỉ tồntại trong một vài nano giây, nênnó chỉ chứa mộtlượng nănglượng không đángkể. Nhưngkhi năng lượng này đượcphân phát quanhiều đường truyền của giansảnh dài 100 m và tập trung xuống cỡ milimét tại chínhgiữa của “buồng bia” đường kính 10 m, thì nóđủ để tạora các sóng xungkích với áp suấthàng chục triệu atmosphere. Áp suấtnày làm cho viên nhiênliệu nổ tung, buộccác nguyên tử deuterium và tritiumbên trong hợp nhất lại với nhau.Để xảyra như vậy đòi hỏi rất nhiều nỗ lực; chẳng hạn, buồng bia phải giữ chân khôngđể cho phép lasertập trung vàonhững đốm đườngkínhchỉ 1 mm, và bản thân viên nhiênliệu phải cực kì tròn vànhẵn, vì bất kì khiếmkhuyết nào cũng sẽ khuếch đại theo hàm mũ sau khinổ. Thànhtựu của mục tiêu 50 năm vàng sonnày –thuật ngữ kĩ thuật gọi là “sự đánh lửa” – sẽ là một sự kiện thách thức sẽ thúc đẩy sự nhiệt hạch laser từ mộthiện tượng vật líkhó nắmbắt đến mộtquá trìnhcông nghệ có thể tiên đoán, có thể điều khiểnsẵn sàng để xử lí một trong những thách thứcnổicộm nhất củaxã hội:đó là tìm một nguồn nănglượng đảm bảo, an toàn,và thân thiện với môi trường. Kế hoạch NIFlà đảm bảo cột mốc này được đạt tới trongvòng hai năm tới. Sản xuất saotrong phòng thínghiệm Lịch sử của sự nhiệt hạch có thể truy nguyên từ năm 1920,khi FrancisWilliam Astonphát hiện thấy bốn hạt nhân hydrogen tách rời thì nặng hơnmột hạt nhân helium. Điều này xảy ra vì tính ổnđịnh của helium dẫnđến một tổng khối lượng nghỉ thấp hơn. Trên cơ sở nghiên cứunày, một nhàkhoa học người Anhkhác, ArthurEddington, đề xuấtrằng Mặttrời có thể thu năng lượng củanó từ sự biến đổi các hạt nhân hydrogen thànhhạt nhân helium, giải phóng chưatới 1%khối lượng ở dạng năng lượng, theophương trình nổi tiếng của Einstein . Sauđó, năm 1939,HansBethe đã sàng lọcnhững thực tế này thành một lí thuyếtđịnh lượng của sự sản sinhnăng lượng trong các sao,cái cuối cùng đã mangvề cho ông giảithưởng Nobel vật lí 1968. Mặcdù Mặt trời và các ngôi saokhác tạo ra sự nhiệt hạch bằng cách sử dụng năng lượng hấp dẫncủa chúngđể nén hydrogen(và các nguyêntố nặng hơn sauđó), nhưng với mọi nỗ lực trên địa cầu, điều thiết thực hơnlà sử dụng một nguồn nhiên liệu gồmdeuteriumvàtritium. Nhữngđồng vị này của hydrogen tương ứngcó chứa một và haineutron. Chúngcó tiếtdiện cao nhất cho sự nhiệthạch vìchúng có điện tíchthấp (mỗi hạt chỉ cómột proton) và protonvà (các) neutronđó không liên kết chặtchẽ lắm. Trongphảnứng nhiệt hạchcơ bản, deuterium (D)và tritium (T) kết hợp lại tạo thành heliumvà một proton năng lượngrất cao: 2D + 3T→ 4He (3.5 MeV)+ n(14.1 MeV) Để cho phản ứng này xảy ra, các hạt cần phải chuyển độngở tốc độ rất cao để vượt qua ràocản Coulomb, vìcác ion dương chịumột lực đẩy mạnh dần khi chúngtiến càng đếngần nhau.Điều này có nghĩa là nhiên liệucần phải đượclàm nóngđến nhiệt độ khó tin nổi 108 K. Dưới những điều kiện này, cácelectronbị tước khỏi hạt nhânbố mẹ của chúng, biến nhiênliệu thành một plasma. Trongmột phản ứng nhiệt hạch hạt nhân, các phân tử deuteriumvà tritium– các đồngvị của hydrogen tương ứngcó một và hai neutron – kết hợp lại tạo ra helium và mộtneutron nănglượng cao. Yêu cầu phải tạora các plasmanhiệt độ cao cho sự nhiệt hạch xảyra giải thích tại sao sự nhiệt hạchkhông phải là quátrìnhchúng ta bắt gặp trong cuộcsống thường nhật trên trái đất, và tại sao việc khaithác làm nguồn năng lượng lại khóđến mức kinh khủng.Nhưng đây thật sự mang lại một lợiích lớn: không giốngnhư sự phân hạch hạt nhân, cái có thể dẫnđến một “phản ứngdây chuyền” không điều khiển được, quá trình nhiệt hạch vốn dĩ antoàn vì nhiên liệu “muốn” ìlại, và do đó mất năng lượngở bất kì cơ hội nào. Và nhờ các ngôi sao,chúngta biếtrõ rằngsự nhiệt hạch hoạt động –chúng ta chỉ cần tìm một cái thay thế cho việc sử dụng lựchấp dẫn củaMặt trời để làm nóng vàgiam cầm nhiên liệu của chúng ta. Có hai lộ trìnhchính để thu được sự giam cầm: hoặc chúngta có thể giữ plasma trong một từ trường đồng thời làm nóng nó, sử dụng sóngvô tuyến hay cácchùm hạt; hoặc chúng ta có thể nén nó đến những mậtđộ chưa có tiền lệ, sử dụng laser. Cách tiếp cận thứ nhất đã được theođuổi qua thí nghiệm nhiệt hạch giam cầm từ ITER hiện đang đượcxây dựngở Cadarache,Pháp, còn cách thứ hai đã và đang được nghiên cứu tại một vài phòng thí nghiệm– trong đó có NIF – sử dụng một số laser lớn nhất. Sự nhiệt hạch bằng laser hoạt động như thế nào Con đường laserdẫn đến sự nhiệthạch kết hợp chặtchẽ với hai trong số những đónggóp nổi tiếng nhất của Einstein chokhoa học: giảithích củaông về sự phát xạ cảm ứng;và sự định lượng của ông về sự tươngđươngcủakhối lượng và năng lượng. Cách tiếp cậncơ bản là một hệ xoay vòng trong đó các viênnhiên liệu deuterium–tritium cỡ bằng bi ổ được đưa vào chính giữa một cái buồng chân không,lớn. Một số chùm laser mạnh được sử dụng để nén nhiên liệu đến mật độ 1000 g , hay khoảng bằng 100 lần mật độ của chì, trongvài phần triệu của một phần triệu của một giây ( ). Tất nhiên, viênnhiên liệumật độ cao này sau đó sẽ bị thổi tung ra –nhưng không tức thì. Nósẽ kiên trì ở mật độ cao trongkhoảng thời gian được xác định bởi quán tính của nóvà được đặctrưng bởi thời gian cần thiết chomột sóngâm truyền quađơn vị nổ. Hiện tượng“tự giamcầm” này đưa đến quátrình gọilà “nhiệt hạchgiam cầm-quántính”, và nócho hệ thời gian vừa đủ để cho phép một phầnnhiênliệu (thường khoảng 30%)thật sự biến đổithành helium và neutron. Phản ứngnhiệthạch đầu tiên tạo ra một ionheliumđể lại năng lượng của nó trong phần nhiên liệu lân cận, nhờ đó cho phép nhiệt độ cao được duy trìvà phản ứng nhiệt hạch lan truyền quakhối nhiênliệu. Tuy nhiên, neutron nănglượngcao thì thoát ra, vì nó chỉ tương tác yếuvới plasmatíchđiện. Nănglượng của neutron,do đó, mangvào một “tấmchăn” vật liệu dày baoxung quanhbuồngtương tác, làm nóngtấm chăn đó lên khoảng 1000 K. Trong nhà máy điện nhiệthạch, quá trình trên sẽ được lặp lại khoảng 10 lầnmỗi giây, và nhiệt lượngđó sẽ dùng để lái một chu trình tua bin khí tiên tiến,từ đó phát ra điện. Cơ sở vật lí của sự nhiệt hạch laserthậtra đã đượchiểu khá rõ. Ngoài ra, nhờ một loạt thí nghiệm docác nhà khoa học ở Anhvà rồi ở Mĩ tiến hành trong thập niên 1980, chúng ta biết rằng sự đánh lửa và sự sảnsinh nănglượng có thể thuđược ở đây, trêntrái đấtnày, nếu chúng ta có cỗ máy phát động đủ mạnh.Những thí nghiệmnày, sử dụng tia X phát racủa mộtquả bom nhiệt hạch hạt nhân đangnổ để làm nổ tung các viên nhiên liệu, có thể xemlà “nhữngnhát gương chém vào lưỡi cày” minhchứng.Cáicòn lại là chứngtỏ rằng có thể dùng laserlàm nguồn điều khiển,và chứngminh rằngnăng lượng nhiệt hạch sinhracó thể khai thác ở cấp độ phù hợp vớimột nhà máy điện đích thực. Deuterium trongviên nhiên liệu có nguồngốc từ nước, trong tự nhiên nước chứa khoảng một phân tử trongmỗi 6000 phân tử . Tritium, trái lại, phải sản xuấttại chỗ bằng cách dùng neutron bắn phá cácnguyêntử lithium-6, từ đó biến lithiumthànhtritium và helium. Ở đây,chúng ta có thể sử dụng mộtthủ thuật dễ hiểu: nếu chúngta xâydựng tấm chăn baoquanh viên nhiên liệu bằng lithium-6, thì chúngta cóthể sử dụng các neutron sinhra trong phản ứng nhiệt hạch để tạo ra thêm tritium(đồngthời sảnsinh ra nhiệt cho tuabin phátđiện).Trong thực tế, chi tiếtkĩ thuật phức tạp hơn một chút, vì chúng ta phải đảm bảo rằng cóđủ neutron thừa để tạo ra một chu trình khép kín; tuy nhiên, yêu cầunày có thể đạt được bằng cách thêmcác chất liệu khác(chủ yếu là lithium-7,berylliumhoặc chì) vào tấm chăn. Trênphương diện laser,các tiên đoán ban đầu củaNuckolls rằng một laser tương đối nhỏ sẽ là đủ để tạo ra các điềukiện cần thiết hóara là đúngchỉ khinào có tự sự tự do điều khiển vụ nổ ở tốc độ cao tùy ý. Điều này là không thể docác quá trình phi tuyến, không ổn định khác nhau trong đó laser có thể gây ra những“con sóng” electronhoặc iontrong plasma,hoặc làm cho nhiên liệu đangnổ bị vỡ trướckhi đạt tới độ néncần thiết. Thí dụ,khi các lasercường độ cao làm nóng vật chất, chúng có thể chi phối cộnghưởng một daođộngtrong plasma, từ đó làm choánh sáng bị tán xạ khỏi sóng plasmavà ngăn khôngcho nhiên liệuhấp thụ nó một cách hiệu quả. Tuy nhiên, nếu cường độ laser quá thấp,thì sự nổ nhiên liệu bị chi phối ở tốc độ thấp đến mức bất kì khiếm khuyết nàophát sinh từ sự gồ ghề bề mặt hoặc sự không đồng đều laser đều cónguy cơ gây ra sự mất cânbằng thủyđộng, dẫn tới phá vỡ toàn bộ lớp vỏ đang nổ trước khinén đến mức trọn vẹn. Đã mất nhiều thậpkỉ để người ta tìm hiểu thỏa đángnhữngquá trìnhnày, và sự tồn tại cảu chúng cónghĩa là mộtlaserchừng 1000lần cỡ ban đầu mà Nuckolls nghĩ ra có thể dùng được.Các laser tại NIF –chúngđang hoạt độngkhá tốt trong pha hoạt độngban đầu củachúng– được thiết kế để giảmbớt sự phát triển của plasmavà nhữngsự mấtcân bằng thủy động này. Phần nhiều người ta quantâm đảm bảo một chùm laserđủ “nhẵn”, vớiquyền điều khiển hồ sơ thời gian của nóđể cho phép sự nén giả-đẳngentropy của nhiên liệubằng cách kích hoạt một loạt chấn độngđượcđiều khiển chính xác. Từ sự nhiệt hạch đến điện năng Các nhà vật lí chắc chắn rằng NIFsẽ cóthể “đánh lửa” một phản ứngnhiệthạch tự duy trì đến mức sự chú ý hiện nay đang chuyểnsang kết thúc cuộc chơi. Vấn đề tiếp theo là làmthế nào khai thác tốt nhất các neutron phát ra theomột kiểu phù hợp với một nhà máy điện đồ sộ, có giá trị thươngmại. Mộtnhà máy như thế trên lí thuyết sẽ hoạt độnggiống như một động cơ xe hơi, với ba giai đoạn chính. Trongbước thứ nhất, nhiên liệu- ở dạngmột viên cỡ bi ổ thuộccác đồng vị hydrogen băng giá, đượcgiữ ở nhiệt độ khoảng 18K – đượcđưa vào một buồng chân không đườngkínhnhiềumét. Tiếptheo, một“piston” lasernén nhiênliệu bằngcách làm nóng bề mặt bênngoàicủa viên nhiên liệu để tại ra một chất khí nóng,giãn nở dạng hình cầu. Để bảo toàn động lượng, phần cònlại của viênnhiên liệu buộc phải chuyểnđộng nhanhvào trong giốngnhư là đè bẹp một quả bóng rỗ xuống kích cỡ của một hạt đậu Hà Lan. Theo những kế hoạchtiên tiến – tươngtự như một động cơ xăng – một laser độc lập khác sau đó được dùng làm“lưỡi càylửa” để đánh lửanhiên liệu tại thời điểm độ nén cực đại. Việc thêm laser bổ sung này có thể dẫn đếnmột hệ hiệu quả hơn (độ khuếch đạicao hơn), nhưngnó khôngphải là một yêu cầu thiết yếu: nếu chúng ta nén nhiên liệu đủ mức, thì chỉ sự nén thôi đã sinh ra đủ nhiệt để tạo ra “tia lửa” nóngbỏng tại chính giữacủa nhiên liệu đangnổ. Khinhiệt độ đủ cao, và đủ khối lượng nổ đến mộtmật độ cao thích hợp, sự nhiệt hạch đượckích hoạt theomột kiểu tự duy trì.Hạt nhânhelium sinhra từ một phảnứng làm nóngphần nhiên liệu lân cận, còn neutron thoát ra làm nóng tấm chăn bên ngoài để phát điện. Bước cuốicùngxảy ra khinhiênliệu đã sử dụng được trút tháo ra khỏi buồng.Tại đây, chu trìnhlặp lại. Trongđộngcơ xe hơi, chu trìnhnhiênliệu được lặp lại khoảng 50-100 lần mỗi giây. Tốc độ lặp lại đối vớisự nhiệt hạch laser thìthấp hơn: 10 lần trong một giây sẽ là đủ để phát điện ở cỡ gigawatt, có thể sánh vớicác nhà máy điện lớn nhất chạy than, khí thiênnhiên hoặc nhiênliệu phânhạch. Tuynhiên, tốc độ đó đơn giản là chẳng thể đạt tới với NIF, chúng chỉ mới chiếura một lần trong mỗi vài ba giờ đồng hồ. Công nghệ mớilà cần thiết để biến minhchứng khoa học ở NIFthành một hệ chu trìnhkín liên tục cóthể phát rađiện. Một dự án nhắm tới việcbắt cầu nối giữa việc đạtđược sự đánh lửa và việcxây dựng một nhà máy điệnnhiệt hạch thực tế là Cơ sở Nghiên cứuNăng lượng Laser Công suất Cao, hayHiPER.Đứngđầu là nước Anh vàbao gồm một đoàn đông đảo 10 quốc gia, gồmcác nhà nghiên cứu vàcác cơ quan tài trợ,mục tiêu của HiPERlà chứng minhmức thành tích 10 Hzthuộc mọi côngnghệ thành phần cho sự hoạt độngcỡ quy mônhà máy điện trong vòng 10năm tới. Để làm đượcyêu cầu này, chúng ta hivọng các ý tưởngcách tân đangxảy ra ở đâu đó trong ngành khoahọc laser,bao côngnghệ tốc độ lặp lại cao dùng trongcông nghiệp hànvà chế tạo máy, và mộtvài dự án nghiêncứu lasercông suấtcao đangtriển khai. Một thí dụ thuộc loại thứ hai vừa nói là dự án Cơ sở hạ tầng Cực Sáng(ELI), một nỗ lực trị giá 750 triệubảng Anh, đứng đầu là CộnghòaCzech, Hungaryvà Romania,nhằm tìmcách tạo ra các xunglaser vớicông suất đỉnh lên tới vài trămpetawatt(khoảng W) sử dụng cùng loại công nghệ laserdiode bơm mà HiPERđòi hỏi. [Chỉ có thành viên mới có thể nhìn thấy links. Bạn hãy nhấn vàođây để đăng ký ] Các viên nhiên liệu dùng trongnhiệt hạchlaser là những quả cầu rỗng cỡ quả bi cấu tạo gồm beryllium(thể hiện ở đây),plastic hoặc carbontỉ trọngcao. Cácviên phải cựckì tròn,với bề mặt rất nhẵn, vì bất kì sự bất đồngđều nào sẽ làm cho chùmlaser chuyển hóa năng lượng sangnhiên liệu không đều. (Ảnh:Cơ sở Đánh lửa Quốc giaMĩ). Trongvài thậpniên vừa qua,các laserđã được pháttriển ở tốc độ nhanhđến mức chóng mặt, cho phép các nhànghiên cứu sự nhiệt hạch khaithác sự tăng dần nhanhchóng về công suất và hiệusuất. Sử dụngcác laser còn cho phép chúng ta tiến tớimột phương pháp lắpghép, có thể duytrì vàdễ dàng nângcấp lên thiết kế nhà máy điệntrong phathứ haicủa HiPER,trong đó chúng ta có kế hoạch xây dựng một cơ sở kết hợp minhchứng khoa họccủa sự đánh lửa tạiNIF với công nghệ laser tốc độ lặp cao. Chiếnlược lắp ghép này sẽ giảm thời gian xây dựng, tăng hiệu quả nhà máy điện trong cuộc đời hoạt động của nó, và đảm bảo rằng chúngta tìm được giải pháp mangtính kinhtế cao nhất. Đồng thời khichâu Âu đang dành tài nguyên choHiPER, các nhàkhoa học Mĩ đang có kế hoạch cho một lộ trình tươngtự với dự án mang tênkhéo léolà LIFE (Động cơ Nhiệt Hạch Quán tínhLaser). Đứng đầu là các nhà khoa học làm việcở NIF,dự án này có cùngmục tiêu như HiPER: để chứng minh công nghệ tốc độ lặp caocần thiết, tích hợp vào một cơ sở cỡ bằng nhàmáy điện. Trong khiđó, cácnhà khoahọc ở Nhật Bản, đã có những kế hoạch rõ ràng choviệc chứngminh phương pháp “động cơ xăng”cho sự phát điệnđã mô tả ở trên. Nhờ có những nỗ lực này, cókhả năng việc đạt tới sự đánhlửa tại NIFsẽ bác bỏ câu hỏi rằngđiện nhiệt hạch laser có thuđược haykhông,để thay nó bằng mộtcâu hỏi mangtính chínhtrị hơn là ai là người có khả năng chuyển giao nhà máy điện hoạt động đầu tiên. Hướng tới một nhà máyđiện hoạt động Thànhtựu đánh lửa tại NIFsẽ manglại sự xác nhận tối hậu cho cơ sở khoahọc của năng lượngnhiệt hạch laser, đánh dấu đỉnh cao của sự nỗ lực trong50 nămqua. Nhưng cột mốclịch sử thứ hai –một nhà máy điện nhiệthạch hoạt động–là mục tiêu thật sự, đượcthúcđẩy bởi nhu cầukinh tế xác thực, hàm lượng carbonthấp. Như chúng ta đã thấy, cácthànhphần chủ yếu trongsự nhiệt hạchlà deuterium, tìm thấy trong nước, và lithium,có mặt tự nhiêntrong đá lửa vàmột số loại đất sét, cũng như trong nướcbiển. trái đất có chứa đủ cả haithànhphần để tồn tại trong hàng thiên niên kỉ. Thậtvậy, dựa trên tốcđộ tiêu thụ điện năng hiện nay ở nước Anh, chỉ cầnmột bồn nước và lithium từ hai chiếc pin laptop là đủ để cấp điện cho nhu cầucả đời củamộtcon người. Ngoài ra, sự nhiệt hạch không tạora sự phát thảikhí nhàkính và có tác động thấp đối với môi trườngtrong suốtchu trình hoạt độngcủa một nhà máy.Sản phẩm thải chính yếu là chất khí trơ helium, vàđộ phóngxạ còn dư tại bản thânnhà máy sẽ có thể điều khiển bằngcác kĩ thuật phântách thông thườngtrong khoảngthời gian 100năm. Các nhà máy nhiệt hạchsẽ có công suất phát cỡ 1-2GW, khiến chúng thích hợp một cách lí tưởng như các cơ sở lớn, trọng điểmtrên hạ tầng cơ sở lưới điệnhiện nay. Những lợi íchkhác bao gồm môi trường nhiệt độ caocủa lớp chăn,cái có thể dùngđể sản sinh hydrogendùngcho pin nhiên liệuhoặc thậmchí để khử muối cho nước. Những ứngdụng rộngrãi này, nhiều như côngsuất điện của chúng,có thể là yếu tố thiết yếu sẽ xác định giá trị thương mạicủa cácnhà máy điện nhiệt hạchbuổi đầu, và dođó cỡ thời giancho sự chuyểngiao thế hệ đầu tiên của cáccơ sở nhiệt hạch. Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) được thiết kế để cung cấp bằng chứng khoa học rằng các laser cỡ lớn cóthể đánh lửa và châm ngòi mộtviên nang nhiên liệu nhiệt hạch, sản sinh “năng lượngnhiệt hạch ra” gấp 10đến 100lần so với lượng “năng [...]... lí nguyên tử, khoa học hạt nhân, sự hỗn độn và sự sản sinh những lượng vĩ mô của vật chất tương đối tính Có lẽ quan trọng không kém, các công nghệ thành phần dùng trong nghiên cứu nhiệt hạch – chí ít là bản thân các laser hiệu suất cao, công suất cao – mở ra một ngưỡng rộng các cơ hội spin-off Ngưỡng này bao gồm từ sự che chắn an toàn trước các chất liệu hạt nhân tại các cảng và sự sản xuất các đồng... liệu cỡ mili mét Trong khi đó, các cơ sở laser dùng trong cuộc theo đuổi sự nhiệt hạch còn có thể khai thác cho nghiên cứu thuần túy Các chủ đề đa dạng bao gồm từ các nghiên cứu về các quá trình thiên văn vật lí như sự tổng hợp hạt nhân, sự sản sinh tia vũ trụ, các vòi vật chất tiền sao và sự hình thành tinh vân hành tinh, cho đến sự nghiên cứu về lõi của các các hành tinh khí khổng lồ và nguồn gốc của... nhiệt hạch laser Nhìn vào tốc độ phát triển của các hệ laser xung, và sự tài trợ đang được thu hút cho lĩnh vực này cho những ứng dụng rộng rãi hơn, 5 năm tới có khả năng sẽ thấy việc xây dựng và hoạt động của một nguyên mẫu đường dẫn chùm tia Như với NIF, số lượng nhiều chùm như vậy sẽ được tập trung lên trên một viên nhiên liệu cỡ mili mét Trong khi đó, các cơ sở laser dùng trong cuộc theo đuổi sự. .. đỉnh cao, công suất trung bình cao cho phép lĩnh vực nhiệt hạch xây dựng từ một cơ sở công nghệ được phát triển tốt, và đến việc vay mượn sự tiến bộ từ những dự án khác để tăng tốc chuyển giao công nghệ Chúng ta đã chờ 50 năm cho bằng chứng khoa học rằng sự nhiệt hạch có điều khiển là hoạt động Giờ thì bằng chứng này hầu như đã vượt mặt chúng ta, chúng ta cần phải đảm bảo rằng chúng ta làm chủ được... và thậm chí sự phát triển của các nguồn sáng thế hệ tiếp theo Việc theo đuổi một nguồn năng lượng tương lai dựa trên laser vẫn sẽ đối mặt trước những thử thách công nghệ to lớn về các vật liệu tiên tiến, kĩ thuật cỡ micro, công nghệ laser và các hệ thống nhà máy điện hợp nhất Nhưng thị trường rộng rãi hơn cho các hệ laser công suất đỉnh cao, công suất trung bình cao cho phép lĩnh vực nhiệt hạch xây dựng . Sự nhiệt hạch hạt nhân Khi chúng ta kỉ niệm 50 năm ra đời laser thì một cột mốc thoáng hiện lờ mờ trong thế giới nhiệt hạch laser. Trong bài, Mike Dunne mô tả việc thu được sự đánh lửa. phòng thínghiệm Lịch sử của sự nhiệt hạch có thể truy nguyên từ năm 1920,khi FrancisWilliam Astonphát hiện thấy bốn hạt nhân hydrogen tách rời thì nặng hơnmột hạt nhân helium. Điều này xảy ra. đượclàm nóngđến nhiệt độ khó tin nổi 108 K. Dưới những điều kiện này, cácelectronbị tước khỏi hạt nhânbố mẹ của chúng, biến nhiênliệu thành một plasma. Trongmột phản ứng nhiệt hạch hạt nhân, các phân