Đồng vị Heli 3 3He có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, và một trong những ứng dụng đó là nguồn năng lượng nhiệt hạch.. Ngược lại, trong phản ứng nhiệt hạch, 2 hạt nhân nhỏ hơn kết hợp thà
Trang 1Heli 3 - Năng lượng nhiệt hạch
cho tương lai
Heli (He) là nguyên tố trong bảng tuần hoàn nguyên tố hoá học có kí hiệu He và có số hiệu nguyên tử 2 Tên của nguyên tố này bắt nguồn từ Helios, tên của vị thần Mặt trời trong thần thoại Hi Lạp, do nguồn gốc nguyên tố này được tìm thấy trong quang phổ trên Mặt trời Các đồng vị của Heli có cùng số proton, nhưng có số nơtron khác nhau trong nguyên tử, Heli có hai đồng vị chủ yếu (2He, 3He).
Heli được dùng để dùng trong các bóng thám không và khí cầu nhỏ do tỷ trọng riêng nhỏ hơn tỷ trọng của không khí, và như chất lỏng làm lạnh cho nam châm siêu dẫn Đồng vị Heli 3 (3He) có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, và một trong những ứng dụng đó là nguồn năng lượng nhiệt hạch
Năng lượng hạt nhân thu được dựa trên quá trình phân rã hạt nhân lớn như: Urani… thành nhiều hạt nhân nhỏ hơn Ngược lại, trong phản ứng nhiệt
hạch, 2 hạt nhân nhỏ hơn kết hợp thành hạt nhân lớn hơn đồng thời giải phóng ra nguồn năng lượng Phản ứng xảy ra trong lò ITER la sự kết hợp hai đồng vị hydro: Deuterium và Tritium Tritium có tính phóng xạ, lại là một thành phần của vũ khí hạt nhân nên cần hết sức thận trọng khi sử dụng nó, hơn nữa, các nơtron có tính linh động cao được sinh ra có tính linh động cao được sản sinh ra từ phản ứng
Deuterium - Tritium sẽ đập vào thành lò phản ứng và gây ra thiệt hại về cấu trúc
Trang 2của lò Người ta hy vọng có thể thay thế thành lò ITER thường xuyên, cứ 1 dến 2 năm 1 lần
Lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên có tên là International
Thermonuclear experimental Reactor (ITER) đã được khởi công tại Cadarache, Pháp, với dư định tạo ra Plasma 100 triệu độ vào năm 2016 Tuy nhiên, có lẽ trong vòng 20 năm tới, nhà máy điện sử dụng năng lượng nhiệt hạch cũng chưa thể xuất hiện
Các nhà khoa học đã chứng minh: chỉ cần 40 tấn Heli 3 là có thể cung cấp
năng lượng cần thiết cho nhu câu điện năng của của Hoa kỳ trong suốt 1 năm.
Heli 3 là một dồng vị nhẹ của nguyên tố heli, thường được sử dụng trong các phản ứng ở nhiệt độ cao, heli 3 các hạt nhân khác giải phóng nhiều với các hạt nhân khác giải phóng nhiều năng lượng hơn trong khi đó thải ra rất ít chất thải so với các
phản ứng hạt nhân thông thường Tuy nhiên, trên Trái đất, heli 3 là “của hiếm” nó
thưòng được hình thành dưới dạng của sản phẩm phụ của vũ khí hạt nhân Người
ta có thể phải trả tới 1000 USD cho một gram heli 3 Gió mặt trời là nguồn cung cấp heli 3 tương đối ổn định, nhưng việc thu được heli 3 từ gió mặt trời là cực khó, bởi
từ trường của Trái đất đẩy chúng đi xa Tuy nhiên, Mặt trăng lại là nguồn heli 3 cực
Trang 3kì rồi rào, vì suốt 4,5 tỉ năm nay, nó đã “cần mẫn” thu nhận khoảng 1 triệu đến 5
triệu tấn heli 3 từ gió mặt trời Mặc dù vậy, để thu nhập được heli 3 từ Mặt trăng không dễ dàng chút nào: phải xử lý hàng trăm triệu tấn đất đá để có được 1 tấn heli 3
Gerald Kulcínki, giám đốc Viện công nghệ nhiệt hạch tại Đại học Wisconin (Mỹ), cùng các cộng đòng nghiệp đã thiết kế một hệ thống máy móc có thể di
chuyển được trên bề mặt của Mặt trăng để lấy “đất” trên đó và sử dụng ánh sáng
mặt trời tập trung để làm nóng tới nhiệt độ 1.300 độ F (700oC) Kulcinski ước tính
cỗ máy của ông có thể sản xuất được lượng năng lượng lớn gấp 3 lần năng lượng
mà nó tiêu tốn để thực hiện công việc này ( bao gồm cả năng lượng đến mặt trăng rồi quay trở lại) Ông tính toán rằng họ sẽ tốn khoảng 800 triệu đôla để mang mỗi tấn Heli 3 về Trái đất, bù lại có thể bán mỗi tấn Heli 3 với giá 10 tỉ đôla!
Mặc dù Heli 3 là một nguồn năng lượng nhiệt hạch sạch, tạo ra ít chất thải,
tuy nhiên, để giấc mơ “năng lượng Heli 3” thành sự thực, ngoài sự khan hiếm, các
nhà khoa học còn phải đối diện với một khó khăn khác: rất khó đốt cháy heli 3.
Để đốt cháy heli 3, cần có năng lượng còn cao hơn để đốt cháy đồng vị Hyđro Kulcinski đưa ra cách tạo phản ứng nhiệt hạch Inertial Electrostalic Confinement (IEC) (tạm dịch là vây hãm điện tĩch quán tính), không sử dụng từ tường để giữ plasma nóng như ITER, mà sử dụng phương pháp đẩy các hạt nhân nhờ điện
trường Tuy nhiên, trong các thử nghiệm này, nguồn năng lượng đầu vào của phản ứng nhiệt hạch IEC đều lớn hơn nhiều so với năng lượng mà nó tạo ra Chính vì thế, hầu hết các nhà nghiên cứu đều đồng tình rằng heli -3 chưa thể là nghiên cứu đều đồng tình rằng heli 3 chưa thể là nhiên liệu đầu tiên được sử dụng trong các lò phản ứng nhiệt hạch Mặc dù vậy, loài người vẫn rất lạc quan Heli 3 sẽ trở thành nguồn cung cấp năng lượng quan trọng trong tương lai
Trang 4Bom khinh khí hoạt động như
thế nào
Bom Kinh khí còn gọi là bom H(bom nhiệt hạch) : + Cấu tạo bởi 2 phần chính : bên trong là 1 bom A ( bom nguyên tử hay bom phân hạch) có vai trò ngòi nổ tạo điều kiện cho phản ứng tổng hợp hạt nhân , xung quanh là 1 lớp vỏ chứa các vật chất để tổng hợp hạt nhân , khi bom A nổ sẽ đưa nhiệt độ lên đến hàng trăm triệu độ, khi đó sẽ dẫn đến sự tổng hợp hạt nhân 1 trong đó là sự kết hợp giữa Li và H tao ra Heli cuối cùng tạo ra năng lượng , Bom H mạnh hơn bom A hàng trăm lần , sức công phá của nó bằng hàng triệu tấn thuốc nổ.
Dưới nhiệt độ cực cao, hàng trăm triệu độ bách phân(°C), hai nguyên tử H có thể hợp nhân để hình thành một nguyên tử Heli Nguyên lý bảo toàn khối lượng không được bảo toàn, khối lượng của Heli không bằng tổng khối lượng của hai H thành phần, nghĩa là bị hụt khối Khối lượng hao hụt ấy đã biến thành năng lượng dưới dạng nhiệt.Đấy là nguyên lý chế tạo bom H, còn gọi là bom khinh khí, bom nhiệt hạch hay bom hợp hạch Đó cũng là nguyên lý của việc phát sinh năng lượng của mặt trời và các vì sao
Trang 5Bom nguyên tử ( bom A, bom phân hạch) sử dụng nguyên liệu Uranium, bị giới hạn bởi khối lượng tới hạn, nên không thể chế tạo lớn hơn ngưỡng xác định, sức công phá được tính ở tầm đơn vị kiloton ( nghĩa là tương đương hàng ngàn tấn thuốc nổ TNT thông thường)
Bom H do không bị giới hạn bởi khối lượng tới hạn, nên có thể chế tạo lớn cỡ nào cũng được,vả lại nguyên liệu Hydro dồi dào vô tận, nên sức công phá lớn gấp hàng ngàn lần bom nguyên tử, tính bằng đơn vị megaton ( triệu tấn TNT)
Để có được nhiệt độ cao để kích hoạt phản ứng hợp hạch dây chuyền, người ta dùng một quả bom nguyên tử nổ mồi, đấy là kỹ thuật cổ điển, về sau người ta dùng tia Laser, gọn nhẹ hơn và…sạch hơn