Sự kết hợp hạt nhân của các nguyên tử nhẹ hơn sắt và nickel thì phóng thích năng lượng trong khi với các nhân nặng hơn thì hấp thụ năng lượng... Phản ứng hợp hạch là một trong hai loại p
Trang 1Nhiệt hạch - Nguồn năng
lượng vô tận
Điều gì sẽ xảy ra, khi hành tinh của chúng ta cạn kiệt các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ và khí đốt? Những nguồn năng lượng nào sẽ thỏa mãn "cơn đói năng lượng" của nền văn minh: sức gió, sóng biển hay điện mặt trời?
Phản ứng nhiệt hạch là gì ?
Là quá trình 2 hạt nhân hợp lại với nhau để tạo nên một nhân mới nặng hơn Cùng với quá trình này là sự phóng thích năng lượng hay hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạt nhân tham gia Nhân sắt và nickel có năng lượng kết nối nhân lớn hơn tất cả các nhân khác nên bền vững hơn các nhân khác Sự kết hợp hạt nhân của các nguyên tử nhẹ hơn sắt và nickel thì phóng thích năng lượng trong khi với các nhân nặng hơn thì hấp thụ năng lượng
Trang 2Phản ứng hợp hạch là một trong hai loại phản ứng hạt nhân Loại kia làphản ứng phân hạch.(click vào để biết rõ hơn ^^)
Phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nguyên tử nhẹ tạo ra sự phát sáng của các ngôi sao và làm cho bom hydro nổ Phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nhân nặng thì xảy ra trong điều kiện các vụ nổ sao (siêu tân tinh) Phản ứng tổng hợp hạt nhân trong các sao và các chòm sao là quá trình chủ yếu tạo ra các nguyên tố hóa học tự nhiên
Để làm cho các hạt nhân hợp lại với nhau, cần tốn một nguồn năng lượng rất lớn, ngay cả với các nguyên tử nhẹ nhất như hydro Nhưng sự kết hợp của các nguyên tử nhẹ, để tạo ra các nhân nặng hơn và giải phóng 1 neutron tự do, sẽ
phóng thích nhiều năng lượng hơn năng lượng nạp vào lúc đầu khi hợp nhất hạt nhân Điều này dẫn đến một quá trình phóng thích năng lượng có thể tạo ra phản ứng tự duy trì Việc cần nhiều năng lượng để khởi động thường đòi hỏi phải nâng nhiệt độ của hệ lên cao trước khi phản ứng xảy ra Chính vì lý do này mà phản ứng
hợp hạch còn được gọi là phản ứng nhiệt hạch.(Nguồn : wikipedia + chỉnh sửa 1
tẹo _._!)
Phản ứng nhiệt hạch và con người :
Từ lâu người ta đã tìm hiểu nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời và các ngôi sao Mặt Trời liên tục phát ra năng lượng rất lớn trong không gian Đến nay người
ta cho rằng chính các phản ứng nhiệt hạch là nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời,
vì trong lòng Mặt Trời tồn tại nhiệt độ rất cao, cho phép các phản ứng ấy xảy ra Nhà bác học Mĩ Betơ (Bethe) đã nêu lên một chỗi phản ứng kết hợp gọi là chu trình cacbon-nitơ gồm 6 phản ứng tiếp nhau, với sự tham gia của cacbon và nitơ như là các chất xúc tác và trung gian, nhưng xét tổng hợp thì cả chu trình rút về sự tạo thành hạt nhân hêli từ các hạt nhan hiđrô
Cả chu trình kéo dài hàng chục triệu năm nhưng từng phản ứng liên tục xảy ra, và chu trình này cung cấp một phần năng lượng cho Mặt Trời (bên cạnh các chu trình khác) Mặt Trời mất năng lượng do bức xạ thì theo hệ thức của Anhxtanh, khối lượng của nó liên tục giảm Nhưng vì khối lượng Mặt Trời rất lớn nên sự giảm này chỉ đáng kể sau hàng triệu năm
Trang 3Con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng không kiểm soát được, đó là sự nổ của bom kinh khí (khinh khí này chứa một hỗn hợp Đơtêri và triti, và một quả bom nguyên tử trăm triệu độ, tiếp đó phản ứng nhiệt hạch xảy ra, cộng thêm năng lượng của nó vào năng lượng phân hạch, nên bom khinh khí có sức tàn phá ghê gớm (tương đương vài chục triệu tấn chất nổ thông thường
TNT)
Một trong những mục tiêu quan trọng nhất của vật lí học hiện nay là thực hiện phản ứng nhiệt hạch dưới dạng kiểm soát được, nghĩa là xảy ra với những lượng nhiên liệu nhỏ, toả ra năng lượng hạn chế có thể sử dụng vào các mục đích hoà bình Nếu lượng vì nhiên liệu nhiệt hạch hầu như vô tận: trong nước thường của sông ngòi, đại dương… bao giờ cũng có lẫn 0,015% được từ chất liti Về mặt sinh thái thì phản ứng nhiệt hạch cũng “sạch” hơn phản ứng phân hạch, vì ít có bức xạ hoặc cặn bã phóng xạ làm ô nhiễm môi trường
Các chuyên gia về vật lý hạt nhân thì khẳng định: hai chất đồng vị của hydro -deuteri và triti, khi liên kết tổng hợp hạt nhân của chúng sẽ giải phóng ra một nguồn năng lượng khổng lồ! Đó chính là năng lượng nhiệt hạch - một nguồn năng lượng vô song và vô hạn!
Ở Liên Xô cũ và tại nước Nga bây giờ, sự tổng hợp nhiệt hạch được nghiên cứu chủ yếu trong Viện Năng lượng nguyên tử I.V.Kurchatov ở Moskva Viện sĩ Boris Kadonsev - một trong những nhà khoa học hàng đầu trên thế giới về năng lượng nhiệt hạch cho biết: Mặt trời - hoạt động được chính nhờ vào sự tổng hợp nhiệt hạch
Còn tới giờ, trên mặt đất con người mới chỉ "làm chủ" được quá trình này qua việc chế tạo bom khinh khí Do vậy khó khăn không phải là nguyên tắc hoạt động, mà là nên "xử lý" chúng như thế nào? Với điều này thì cực khó!
Trang 4Đầu tiên là phải làm ra được các thiết bị, trong đó nguyên liệu - nguồn năng lượng sẽ được nung nóng tới nhiệt độ vũ trụ - nghĩa là hàng trăm triệu độ C; đồng thời cũng phải bảo đảm là phản ứng sẽ chỉ xảy ra theo đúng tiến trình Điều cốt lõi
là giữ sao cho nguồn năng lượng được giải phóng sẽ không vượt quá giới hạn cho phép của thiết bị, cũng như khống chế chúng dưới quy trình an toàn nhằm phát huy hiệu suất cao nhất v.v
Những điều kiện tiên
quyết này trong thực tế rất khó
mà hoàn thiện Các nhà vật lý
hàng đầu của Mỹ từng dự báo
ngay từ cuối thập niên 40 của
thế kỷ trước, rằng vấn đề kỹ
thuật xử lý việc tổng hợp nhiệt
hạch sẽ là thứ công việc nan
giải nhất Phải chăng họ
khuyến cáo các thế hệ sau nên
dành tiền của vào những việc
khác của khoa học? Và từ đó
đến nay hàng chục tỉ USD đã
được ném vào cho các chương trình nhiệt hạch của nhiều nước khác nhau, còn kết quả nói chung vẫn chưa có
Chất deuteri có sẵn trong nước: chỉ cần phân tích kỹ 6.000 tế bào nước, sẽ tìm ra 2 nguyên tố deuteri Với công nghệ hiện đại thì điều này chẳng khó khăn gì Nguyên tố thứ hai cần thiết cho sự tổng hợp nhiệt hạch là triti Triti nguyên chất không có trong tự nhiên, nhưng là chất tách được từ liti - một nguyên tố sẵn có trên hành tinh
Lò phản ứng nhiệt hạch KSTAR của Hàn
Quốc
Trang 5Chỉ cần 1 gram hỗn hợp giữa deuteri và triti, sẽ tạo ra nguồn năng lượng ngang với 10 tấn dầu mỏ Bây giờ chúng ta trở lại vấn đề chiến lược là chi phí cho
sự phát triển các lò phản ứng nhiệt hạch Một lò như vậy ngốn tới 4 tỉ USD! Một con số khủng khiếp
Ngoài ra chúng ta cũng phải tính đến sự sơ suất trong các giải pháp mà mỗi một công việc kỹ thuật mới và phức tạp đều không tránh khỏi, sẽ dẫn tới hiểm họa mất mát - tốn kém lớn lao hơn Những cuộc nghiên cứu liên quan tới quá trình làm chủ công nghệ tổng hợp nhiệt hạch, không chỉ diễn ra ở Liên Xô cũ và tại Nga bây giờ Sự quá phức tạp của kỹ thuật cùng với giá thành cao của thiết bị đòi hỏi không phải là sự ganh đua, mà là sự cùng hợp tác thống nhất trong tất cả các quốc gia kỹ nghệ hàng đầu, nhắm vào hướng phát triển khoa học và kỹ thuật tối quan trọng này
Năm 1956, khi đến thăm các trung tâm nghiên cứu khoa học của Vương quốc Anh, Viện sĩ I.V.Kurchatov đã cho các đồng nghiệp ngoại quốc biết những kết quả
mà giới khoa học Nga - Xô đạt được trong lĩnh vực nhiệt hạch Liên Xô là nước đầu tiên trên thế giới không giấu giếm các công trình nhiệt hạch của mình
Thiết bị đã tạo ra ở Liên Xô được đặt tên là Tokamak - cho giới khoa học toàn cầu biết những khả năng khổng lồ của nó về một thiết bị làm chậm phản ứng bằng
từ trường Đầu năm 1968, trong Tokamak-III phản ứng khinh khí đã đạt tới 10 triệu độ C Tokamak đã chiếm được niềm tin của các nhà bác học
Những chương trình của Mỹ, Nhật Bản, Pháp, Đức, Anh, Hàn Quốc và nhiều nước khác cũng đều hướng theo nguyên lý đã được thực tiễn trả lời nêu trên Hiện trên thế giới có hơn 100 thiết bị dạng Tokamak đang hoạt động
Trang 6Năm 1978, Liên Xô từng đề nghị Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) có trụ sở tại Vienna (Áo) lập một lò phản ứng nhiệt hạch chung Bằng cách này mỗi nước tham gia sẽ giảm được rất nhiều các chi phí của mình - nếu thiết kế riêng lò phản ứng
Năm 1987, qua thiết bị Tokamak-X, lần đầu tiên trên thế giới các nhà khoa học Liên Xô đã "nung" phản ứng lên 110 triệu độ C Điều này được thực hiện nhờ các bộ phát điện đặc chủng Nếu như phản ứng diễn ra "dày" hơn - sẽ bắt đầu quá trình xử lý các hoạt động nhiệt hạch
Tokamak-XV là dạng tiền thân của lò phản ứng trong tương lai, đã được thử nghiệm lần đầu vào năm 1998, cho thấy việc xử lý các quá trình nhiệt hạch mong muốn là điều có thể thực hiện được Nguồn nhiệt lượng thu được sau phản ứng, sẽ biến thành năng lượng điện mà con người cần
Để đạt tới ước mơ đó, cần phải xây dựng những lò phản ứng nhiệt hạch dạng Tokamak-XX trước, đây chính là thiết bị sẽ biến năng lượng được giải phóng trong phản ứng nhiệt hạch thành điện năng Sau đó, nếu không có gì trở ngại thì vào khoảng năm 2015, những nhà máy điện làm việc theo nguyên tắc tổng hợp nhiệt hạch sẽ xuất hiện, góp phần giải quyết những nhu cầu lớn lao về điện năng cho loài người