Lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ sắp được xây dựng

Xét về giá thành thì đây là lần đầu tư lớn thứ hai cho công việc khám phá của nhân loại, sau trạm quỹ đạo quốc tế. Lò phản ứng có tên là ITER (Viết tắt từ tiếng Anh: International Thermonuclearr Experimental Reactor) xây dựng tại Cadarache cách Marsylia 50 km, ở miền nam nước Pháp. Các quốc gia EU đầu tư bước đầu tổng cộng 10 tỉ euro để xây dựng và khai thác lò phản ứng.

Địa điểm xây dựng lò đã được thoả thuận từ năm ngoái, tuy nhiên vấn đề cần được bàn luận là tài chính và luật, trong đó có bản quyền sở hữu trí tuệ đối với hàng trăm giải pháp kỹ thuật. Ngoài đại diện EU, tham gia ký kết còn có đại diện Nga, Mỹ, và 4 quốc gia châu Á là Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc và Ấn Độ. Cách đây vài tháng, Ấn Độ bày tỏ mong muốn tham gia vào cuộc thử nghiệm nhiệt hạch, cuộc thử nghiệm mà nếu thành công thì sẽ mở ra một khả năng mới đáp ứng tất cả nhu cầu năng lượng thế giới trong vài ba trăm năm.

Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch sưởi ấm chúng ta mỗi ngày, từ bình minh cho đến hoàng hôn. Lý do là mặt trời chiếu sáng được nhờ plasma nóng bên trong lòng nó. Những hạt nhân nguyên tố hiđrô kết hợp với nhau dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cực cao, hàng chục triệu độ C - kết quả là hạt nhân hêli hình thành. Trong thời gian xảy ra phản ứng nhiệt hạch rất nhiều năng lượng được giải phóng ra.

Từ hơn nửa thế kỷ nay, các nhà vật lý đã biết cách tạo ra món “súp plasma” nói trên ở ngay trên trái đất. Người ta đã từng dựa vào nguyên lý tổng hợp nhiệt hạch để sản xuất ra bom hiđrô. Thật đáng tiếc là trải qua vài chục năm thử nghiệm mà các nhà khoa học vẫn không thể xây dựng được lò phản ứng hoạt động tương tự như mặt trời - nghĩa là đốt nóng liên tục plasma đặc để lấy năng lượng. Những thiết bị hiện nay chỉ có thể hoạt động trong vài ba phút. “Đó là sự khác nhau cơ bản giữa lò phản ứng uran truyền thống và lò phản ứng hiđrô - TSKH. Andrzey Galkowski, giám đốc Viện Vật lý Plasma và Vi tổng hợp laser ở Vacsava (Ba Lan), giải thích – Trong lò phản ứng uran, các phản ứng phân rã diễn ra tự động, hầu như ngay lập tức, và khó khăn chính ở đây là làm sao hãm chúng lại. Trong lò phản ứng hiđrô, tất cả diễn ra ngược lại – hạt nhân hiđrô đẩy nhau và cần phải có nhiệt độ thật cao để buộc chúng liên kết với nhau”.

ITER là dụng cụ đầu tiên trong lịch sử nhân loại với nhiệm vụ duy trì phản ứng nhiệt hạch như một “mặt trời nhỏ” trên trái đất. Bộ phận quan trọng nhất của nó là một buồng lớn hình vành khăn, trong đó plasma được nung nóng đến 100 triệu độ C. Như vậy nhiệt độ ở đây cao hơn so với trên mặt trời và có tác động đẩy nhanh tốc độ phản ứng. Do phải cần rất nhiều năng lượng để đốt plasma, cho nên những lò phản ứng nhiệt hạch hiện nay tiêu thụ nhiều năng lượng hơn là sản xuất ra năng lượng. Lò phản ứng công suất lớn nhất có tên là JET (ở Culham, phía nam nước Anh) sản xuất ra hơn hai phần ba số năng lượng so với năng lượng nó nhận vào.

Lò phản ứng ITER có nhiệm vụ phải thay đổi điều này. Theo tính toán của các nhà vật lý, nó sẽ đủ lớn để trở thành cỗ máy sản xuất năng lượng netto. Công suất của nó là 500 Megawatt. Trong buồng phản ứng, hạt nhân đơtơri sẽ kết hợp với hạt nhân triti (hai đồng vị hiếm của hiđrô). TSKH. Galkowski giải thích: “Từ hỗn hợp đó sẽ giải phóng ra nhiều năng lượng nhất. Cũng có thể cho hạt nhân hiđrô thường hay hạt nhân đơtơri va chạm với nhau, nhưng khi đó lượng năng lượng thu được sẽ ít hơn và việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân như vậy sẽ không có giá trị kinh tế”.

Từ hiđrô thường rất dễ dàng tạo được đơtơri nhưng rất khó tạo ra triti vì đây là đồng vị không bền. Người ta đã từng tạo ra triti trong một số lò phản ứng truyền thống với liti. Tuy nhiên trong trường hợp nhà máy điện nhiệt hạch, việc cung cấp triti từ bên ngoài là không khả thi và không được tính đến. Do đó, ITER phải tự tạo ra triti. Như vậy, ITER sẽ là một công cụ khác thường. Nó sản xuất không chỉ năng lượng, mà còn một phần nhiên liệu cho mình nữa.

Các nhà vật lý phải chờ đợi ít nhất là 10 năm nữa thì ITER mới sẵn sàng vận hành. Thoả thuận được ký kết vừa qua nói rằng việc khởi công xây dựng lò phản ứng ở Cadarache sẽ tiến hành muộn nhất là vào đầu năm 2007 và thi công trong thời gian 10 năm.

Theo các nhà phê bình, hiện tại có rất nhiều khó khăn cản trở việc xây dựng nhà máy điện nhiệt hạch đầu tiên và có lẽ mục đích thương mại của nó là không khả thi. Tất cả sẽ kết thúc ở việc các nhà khoa học nhận được một thứ “đồ chơi” đắt tiền để tiến hành thí nghiệm.

TSKH.Galkowski có ý kiến khác. Ông cho rằng thay cho cụm từ “vấn đề khó khăn” nên dùng cụm từ “thách thức”. Ông nói: “Đúng là có nhiều điều chưa rõ ràng, nhưng nếu chúng ta không xây dựng nhà máy điện nhiệt hạch như ITER thì chúng ta không thể nào tiến lên phía trước được. Những nghiên cứu đối với các lò phản ứng nhiệt hạch đang hoạt động cũng như các mẫu mô phỏng của máy tính cho thấy đây là hướng đi đúng”.

Một trong những khó khăn lớn đối với các nhà khoa học là những neutron sinh ra trong quá trình liên kết hạt nhân. Chúng sẽ bắn phá lớp vỏ bao quanh của lò phản ứng, làm hỏng và làm nhiễm xạ nó. Hiện nay các bộ phận lắp ráp lò đều được tráng một lớp kim loại quý - berin hoặc volfram. Tuy nhiên về lâu dài cần phải có loại vật liệu mới chịu được nhiệt độ cao trong thời gian dài và không bị nhiễm xạ sớm. Hiện nay, không có loại vật liệu nào như vậy.

Người ta cũng chưa biết làm thế nào để xây dựng những mô đun thu nhận năng lượng từ các neutron và chuyển năng lượng cho tuốc bin phát điện. Một thách đố tiếp theo là sản xuất triti bên trong lò phản ứng như thế nào.

Những thách thức tương tự đối với các nhà vật lý còn khá nhiều. Cuộc tranh luận làm thế nào để có lò phản ứng còn kéo dài trên các tạp chí khoa học. Nếu như thí nghiệm kết thúc thành công và đúng hạn, khi đó người ta sẽ quyết định chính thức việc xây dựng nhà máy điện nhiệt hạch đầu tiên trên trái đất, đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng của nhân loại.

Nguồn: Gazeta; gdtd.com.vn, số 64,