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 khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
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.

Tin mới

Đại hội đại biểu toàn quốc Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031
Sáng 28/8, Đại hội đại biểu toàn quốc Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031 đã diễn ra phiên trọng thể tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội. Đồng chí Bùi Thị Minh Hoài - Ủy viên Bộ Chính trị, Bí thư Trung ương Đảng, Bí thư Đảng ủy MTTQ, các đoàn thể Trung ương, Chủ tịch Ủy ban Trung ương MTTQ Việt Nam dự và phát biểu chỉ đạo Đại hội.
Tuổi trẻ Liên hiệp Hội Việt Nam hướng tới chào mừng Đại hội IX bằng những công trình thiết thực
Ngày 25/8, Đoàn Thanh niên Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) thực hiện công trình thanh niên hướng tới chào mừng Đại hội đại biểu toàn quốc Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031, gồm hai hoạt động chính là cải tạo, chỉnh trang và gắn biển “Vườn hoa Thanh niên” và số hóa Phòng Truyền thống Liên hiệp Hội Việt Nam.
489 đại biểu chính thức tham dự Đại hội Liên hiệp Hội Việt Nam lần thứ IX
Ngày 24/8 tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) đã tổ chức gặp mặt đại diện các cơ quan báo chí, thông tin về Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031. Theo Ban Tổ chức, Đại hội sẽ diễn ra trong hai ngày 27 và 28/8 tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội, với chủ đề “Đoàn kết - Sáng tạo - Đột phá - Phát triển”.