Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ tư, 30/03/2011 19:44 (GMT+7)

Phản ứng nhiệt hạch: Con ngựa bất kham

Phân hạch: năng lượng của tương lai

Ngược với phản ứng phân hạch là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Đó là quá trình hai hạt nhân tổng hợp lại với nhau để tạo thành một hạt nhân mới nặng hơn.

Tham gia phản ứng tổng hợp nhiệt hạch thường là hạt nhân hydro nhẹ (H1, ký hiệu H) hoặc các hydro nặng deuterium (H2, ký hiệu D) và tritium (H3, ký hiệu T). Các nhiên liệu này có thể tách dễ dàng từ nước biển, hoặc tổng hợp không mấy tốn kém trong quy mô công nghiệp từ các nguyên tử Hydrogen.

Một dạng phản ứng tổng hợp nhiệt hạch tiêu biểu được mô tả trong sơ đồ sau (hình 1):

Trong sơ đồ này, hai hydro nặng D và T kết hợp với nhau tạo thành một hạt nhân nặng hơn là Helium (He4), một neutron và, đặc biệt, giải phóng một năng lượng đáng kể 17,6 MeV.

Ngay từ lúc mới phát minh, phản ứng nhiệt hạch có sức hấp dẫn rất lớn đối với con người. Bởi những ưu việt sau đây: Một là nguồn nhiên liệu hydro (H, D, T) gần như vô tận trong tự nhiên. Hai là, phản ứng này phát nhiệt, năng lượng giải phóng vơi hiệu suất rất cao. Tính trên đơn vị khối lượng nhiên liệu tiêu hao kilogam, hiệu suất này cao gấp tỷ lần so với nhiên liệu hoá thạch và gấp chục lần so với nhiên liệu phân hạch uranium. Ba là, Sản phẩm thải ra là He, một loại khí hiếm, hoàn toàn không hề làm nhiễm bẩn môi trường sống.

Với những đặc điểm nổi trội như vậy, năng lượng tổng hợp nhiệt hạch quả là nguồn năng lượng lý tưởng của loài người trong tương lai.

Nhiệt hạch: con ngựa bất kham

Một điều kiện ngặt nghèo của phản ứng tổng hợp nhiêt hạch là chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao.

Vì sao? Vì phản ứng không thể xảy ra giữa hai nguyên tử trung hoà điện tích nên, trước hết, cần phải lột hết các electron (gọi là ion hoá) để biến nguyên tử thành ion dương, tức các hạt nhân D và T. Nhưng ở dạng ion, các điện tích cùng dấu lại đẩy nhau bởi lực Coulomb, nên phải đặt hỗn hợp các ion dương ở nhiệt độ rất cao hàng trăm triệu độ, chẳng hạn ở tâm điểm của vụ nổ bom nguyên tử (bom A), để các ion chuyển động nhiệt với vận tốc cực lớn thắng cả lực đẩy Coulomb!

Vì lẽ đó, phản ứng tổng hợp này còn gọi là phản ứng nhiệt hạch hay, nói một cách đầy đủ, là phản ứng tổng hợp nhiệt hạch .

Ngoài ra, còn những điều kiện khác nữa đối với phản ứng tổng hợp nhiệt hạch là mật độ của khối ion nóng (plasma) phải đạt một giá trị tối thiểu và được duy trì trong một thời gian không quá bé.

Như vậy, tạo ra và duy trì phản ứng tổng hợp nhiệt hạch nhằm biến năng lượng nó phát ra thành sản phẩm hữu ích phụng sự hạnh phúc con người, như điện năng, là điều quá không dễ dàng.

Ngót 50 năm nay, nhiều tập thể khoa học tài ba, nhiều quốc gia giàu có trên thế giới phối hợp nhau, chi hàng chục tỷ USD, nhằm mục đích chế ngự được phản ứng nhiệt hạch, cụ thể là chế tạo ra một lò phản ứng nhiệt hạch tương tự lò phản ứng phân hạch trong các nhà máy điện nguyên tử hiện nay.

Như đã trình bày ở trên, một lò phản ứng nhiệt hạch phải đáp ứng các yêu cầu: Tạo và nén hỗn hợp ion deuterium-tritium đến mật độ plasma rất cao, đốt nóng tới nhiệt độ hàng trăm triệu độ và duy trì trong một khoảng thời gian cần thiết. 

Hình 2 - Cấu tạo phần lõi của lò loại Tokamak (đỏ: nam châm, vàng: plasma). Ảnh: vfinance.vn.

Hiện nay có hai loại lò chủ yếu được xây dựng. Trong loại lò thứ nhất, có dạng như cái  bánh xe ô tô (xem hình 2), từ trường mạnh tạo bởi các nam châm siêu dẫn. Nhờ từ trường này, cácion được gia tốc; tức được làm nóng lên, đồng thời được khống chế để không va chạm thành bình. Các sản phẩm theo hướng này là loại TOKAMAK hay ITER.

Trong loại lò thứ hai (xem hình 3), nhiên liệu được đốt nóng đến 100 triệu độ bởi các xung laser cực nhanh. Plasma nhiên liệu cũng được giam giữ bởi chính quán tính tạo ra khi các lớp vỏ bên ngoài bị laser đốt nóng trong thời gian cực ngắn.

Hình 3 -192 chùm laser hội tụ tại buồng chứa nhiên liệu tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra. Ảnh: Lawrence Livermore National Laboratory

Cho đến nay, saunhiều thập niên, cả hai loại lò đều có những tiến triển đáng kể, nhưng đều chưa đến độ hoàn hảo. Có thể xem, ở thời điểm này, phản ứng tổng hợp nhiệt hạch hãy còn là chú ngựa bất kham.

Cần thêm thời gian để biến các kết quả trong phòng thí nghiệm thành sản phẩm thương mại. Thời gian đó là bao lâu? Có thể 5 năm, 10 năm và thậm chí lâu hơn. Nhân loại đang trông đợi. Và thế giới đangchứng kiến sự đua tranh ráo riết giữa hai loại lò phản ứng tổng hợp nhiệt hạch nhằm trở thành sản phẩm thương mại đầu tiên trong thời gian ngắn nhất.

Trong cơn thảm hoạ điện hạt nhân phân hạch ở Fukushima đang diễn ra, nhân loại càng nóng lòng hướng về điện hạt nhân nhiệt hạch, như nguồn năng lượng cứu cánh tương lai.

Xem Thêm

Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.
Ứng dụng công nghệ số toàn diện là nhiệm vụ trọng tâm của VUSTA giai đoạn tới
Ứng dụng công nghệ số toàn diện, xây dựng hệ sinh thái số là bước đi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và phát huy sức mạnh đội ngũ trí thức của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA). Qua đó cho thấy, VUSTA không chỉ bắt kịp xu thế công nghệ mà còn chủ động kiến tạo những giá trị mới, khẳng định vai trò tiên phong của đội ngũ trí thức trong thời đại số.

Tin mới

Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị quán triệt và triển khai Nghị quyết 10-NQ/TW
Sáng 30/6, tại Hà Nội, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm dự và phát biểu chỉ đạo Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết số 10-NQ/TW ngày 8/6/2026 của Bộ Chính trị về phát triển kinh tế có vốn đầu tư nước ngoài. Ban biên tập vusta.vn trân trọng giới thiệu toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị.
Một năm chính quyền địa phương hai cấp: Nhìn từ chiều sâu văn hóa làng xã
Một năm thực hiện chính quyền địa phương hai cấp không chỉ là câu chuyện về tinh gọn bộ máy, tổ chức lại địa giới hành chính màcòn là phép thử về năng lực quản trị những giá trị mềm: tên làng, ký ức cộng đồng, di sản, thiết chế văn hóa, không gian tín ngưỡng và cảm giác thuộc về của người dân.
Hội nghị AFEO Midterm 2026
Ngày 30/6, tại Yangon, Myanmar, Liên đoàn các tổ chức kỹ sư ASEAN (AFEO) chính thức khai mạc phiên toàn thể Hội nghị giữa kỳ lần thứ 25. Đây là diễn đàn thường niên được tổ chức nhằm để các nhà khoa học, các kỹ sư, các chuyên gia cùng chia sẻ, thảo luận các giải pháp trong việc xây dựng một tương lai bền vững cho khu vực ASEAN.
Lào Cai: 118 hộ đồng bào dân tộc thiểu số hưởng lợi từ mô hình cấp nước tự quản
Sau gần một năm triển khai, Dự án “Hỗ trợ nước sinh hoạt cải thiện chất lượng cuộc sống cho cộng đồng dân tộc thiểu số thôn 4, xã Khánh Hòa, tỉnh Lào Cai” do Trung tâm Hỗ trợ phát triển bền vững cộng đồng các dân tộc miền núi (SUDECOM) thực hiện đã hoàn thành mục tiêu, đánh dấu một mô hình điểm về quản lý, vận hành hệ thống cấp nước dựa vào cộng đồng, nâng cao chất lượng cuộc sống cho 118 hộ dân.
Hải Phòng: Chuyển đổi số toàn diện để nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp
Sáng 26/6, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố (Liên hiệp hội) Hải Phòng phối hợp với Hội Điện tử và Tin học thành phố, Chi nhánh Liên đoàn Thương mại và Công nghiệp Việt Nam - Chi nhánh Duyên hải Bắc Bộ (VCCI Duyên hải Bắc Bộ) tổ chức hội thảo khoa học với chủ đề: “Nâng cao năng lực cạnh tranh doanh nghiệp Hải Phòng thông qua chuyển đổi số toàn diện”.