Đạt được ‘Ngưỡng đánh lửa’ khoa học - Một bước tiến quan trọng đến nguồn năng lượng vô tận 

Bình luận Ánh Dương • 10:46, 17/08/22

Giúp NTDVN sửa lỗi

Các nhà khoa học Mỹ đang trên đường xác định được ‘ngưỡng đánh lửa’ của năng lượng nhiệt hạch. Đó có thể là một dạng năng lượng xanh vô tận.

Vào ngày 8 tháng 8 năm 2021, các nhà khoa học đã sử dụng một tia laser khổng lồ, có kích thước bằng 3 sân bóng đá và tập trung tất cả 192 chùm tia sáng của nó vào một viên nang hydro có kích thước bằng một hạt đậu.

Khi 192 chùm tia laser tập trung vào một khu vực có kích thước nhỏ như vậy, nó sẽ tạo ra nhiệt độ hơn 100 triệu độ và áp suất gấp hơn 100 tỷ lần bầu khí quyển của Trái đất, tạo ra các điều kiện tương tự như của một ngôi sao.

Thật vậy, đó chính là tiêu điểm công nghệ: để tạo ra được ‘ngưỡng đánh lửa’ và một tương lai cho năng lượng nhiệt hạch, về cơ bản, các nhà khoa học đang cố gắng tạo ra những mặt trời nhỏ và có thể là một dạng năng lượng xanh vô tận.

Xác định bằng chứng về 'sự đánh lửa' trong phòng thí nghiệm

Hơn nữa, vào ngày 8 tháng 8 năm 2022, ba bài báo đã qua đánh giá ngang hàng, xác nhận những gì các nhà nghiên cứu nói trên đã biết trong năm qua.

Một tia lửa mặt trời, vành nhật hoa, phun ra ngoài vũ trụ với tốc độ hơn 900 dặm / giây, vào ngày 31 tháng 8 năm 2012.
Một tia lửa mặt trời, vành nhật hoa, phun ra ngoài vũ trụ với tốc độ hơn 900 dặm / giây, vào ngày 31 tháng 8 năm 2012. (NASA / GSFC / SDO)

Tạo ra ‘ngưỡng đánh lửa’ nhiệt hạch trong phòng thí nghiệm là hoàn toàn có thể thực hiện được, điều mà các nhà khoa học đã thử nhưng không thể xác nhận từ những năm 1950.

Trong thử nghiệm, các nhà nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm trên đã ghi lại năng suất hơn 1,3 megajoules (MJ) trong vòng chưa đầy 4 phần tỷ giây.

Đó là mười nghìn tỷ watt điện nhiệt hạch, gần gấp 700 lần công suất phát của toàn bộ lưới điện Hoa Kỳ tại một thời điểm nhất định.

Quan trọng hơn, Omar Hurricane, nhà khoa học chính của chương trình nhiệt hạch giam giữ quán tính của Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore của Hoa Kỳ (LLNL), cho biết về thí nghiệm: “Vụ nổ kỷ lục là một tiến bộ khoa học lớn trong nghiên cứu nhiệt hạch, giúp thiết lập khả năng đánh lửa nhiệt hạch trong phòng thí nghiệm tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia Hoa Kỳ (National Ignition Facility - NIF) thuộc LLNL.

“Đạt được các điều kiện cần thiết cho quá trình đánh lửa vốn là mục tiêu lâu dài đối với tất cả các nghiên cứu nhiệt hạch giam giữ quán tính, điều này mở ra khả năng tiếp cận một chế độ thử nghiệm mới, trong đó sự tự đốt nóng của hạt alpha vượt xa tất cả các cơ chế làm mát trong plasma nhiệt hạch”.

Cộng đồng Phản ứng tổng hợp giam giữ quán tính quốc tế, bao gồm các nhà nghiên cứu LLNL, sử dụng Laser OMEGA tại Phòng thí nghiệm của Đại học Rochester cho Laser Energetics để tiến hành các thí nghiệm và kiểm tra các thiết kế và chẩn đoán mục tiêu.
Cộng đồng Phản ứng tổng hợp giam giữ quán tính quốc tế, bao gồm các nhà nghiên cứu LLNL, sử dụng Laser OMEGA tại Phòng thí nghiệm của Đại học Rochester cho Laser Energetics để tiến hành các thí nghiệm và kiểm tra các thiết kế và chẩn đoán mục tiêu. (Ảnh: Cơ sở Đánh lửa Quốc gia Hoa Kỳ)

Nói cách khác, trong một thời gian ngắn, các nhà nghiên cứu đã đạt đến nhiệt độ cần thiết để duy trì phản ứng nhiệt hạch, vượt qua nhu cầu làm nóng bên ngoài, và tất cả các cơ chế mất nhiệt (các quá trình vật lý làm nguội plasma nhiệt hạch).

Và mặc dù nhóm nghiên cứu đã không thể tái tạo sản lượng nhiệt hạch tương tự kể từ thí nghiệm năm 2021, nhưng họ đã có thể đạt được sản lượng trong khoảng 430-700 kiloJoule (một kJ bằng 1.000 Joule và một MJ tương đương 1.000.000 J).

Hơn nữa, những nỗ lực lặp đi lặp lại đã cho phép các nhà nghiên cứu so sánh và đối chiếu dữ liệu thu được từ các thí nghiệm, chứng minh rằng “những gì đang thực hiện là đúng và cho biết những thay đổi nào cần thiết để lặp lại thí nghiệm đó và vượt hiệu suất của nó trong tương lai”.

Hurricane nói với LLNL: “Thật là vô cùng thú vị khi ‘bằng chứng về sự đánh lửa’ trong phòng thí nghiệm được xác định.

“Chúng tôi đã đạt được một chế độ mà không có nhà nghiên cứu nào đạt được kể từ khi kết thúc thử nghiệm hạt nhân và đó là cơ hội đáng kinh ngạc để mở rộng kiến thức của chúng tôi khi chúng tôi tiếp tục đạt được tiến bộ”.

Đang tiến tới đạt được ‘ngưỡng đánh lửa’

Để đạt được phản ứng tổng hợp hạn chế quán tính (phản ứng tổng hợp liên quan đến chùm tia laze tập trung vào một viên nhiên liệu nhỏ), trước tiên các nhà khoa học phải đáp ứng cái gọi là tiêu chí Lawson.

Theo thuật ngữ chuyên ngành, tiêu chí Lawson tương tự như những gì xảy ra khi đám cháy tạo ra đủ nhiệt để lan từ nguồn nhiên liệu ban đầu của nó sang khu vực xung quanh nó.

Trong trường hợp này, nhiệt (năng lượng) từ ngọn lửa đủ để vượt qua nhiên liệu lạnh trước đó và gây ra phản ứng dây chuyền.

Mục tiêu đạt được ‘ngưỡng đánh lửa’ nhiệt hạch cũng tương tự, mặc dù ở quy mô lớn hơn và phức tạp hơn nhiều.

Theo APS Physics, phản ứng nhiệt hạch chỉ có thể xảy ra trong khí nóng, ion hóa (plasma) ở nhiệt độ trên 100 triệu độ.

Đạt được nhiệt độ đó và sau đó giữ nó đủ lâu để tạo ra phản ứng dây chuyền là một thách thức. Từ ví dụ về đám cháy ở trên, nếu năng lượng từ đám cháy tiêu tan trước khi nó làm nóng khu vực xung quanh, đám cháy sẽ không lan rộng, tức là, không gây ra Phản ứng dây chuyền.

Hình ảnh cho thấy một viên hohlraum trong NIF với các chùm tia laze đi qua các lỗ ở hai đầu. Các chùm tia này nén và đốt nóng viên hohlraum đến các điều kiện cần thiết để xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Hình ảnh cho thấy một viên hohlraum trong NIF với các chùm tia laze đi qua các lỗ ở hai đầu. Các chùm tia này nén và đốt nóng viên hohlraum đến các điều kiện cần thiết để xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân. (Ảnh: Cơ sở Đánh lửa Quốc gia Hoa Kỳ)

Với phản ứng tổng hợp, hai hạt nhân hydro va chạm với một lực đủ lớn để hợp nhất, tạo ra một hạt nhân heli nặng hơn, đó là các nguyên tố thay đổi. Điều đó tạo ra một lượng năng lượng đáng kể (nhiệt).

Sự bốc cháy xảy ra khi quá trình trên trở thành một vòng phản hồi nhiệt động lực học tự duy trì với nhiệt độ tăng nhanh — khi năng lượng / nhiệt từ phản ứng tổng hợp đủ để vượt qua các yếu tố làm lạnh và tiếp tục ép các hạt nhân hydro lại với nhau mà không cần các nguồn lực từ bên ngoài (như chùm tia laze).

Điều quan trọng là, các nguyên tử hydro hợp nhất giải phóng năng lượng gấp gần 4 triệu lần so với một phản ứng hóa học như đốt cháy dầu, khí đốt hoặc than đá.

Ngoài ra, đánh lửa là một phản ứng tự duy trì không cần nhiên liệu hóa thạch và sản phẩm phụ là heli (một loại khí trơ, không độc, vô hại).

Do đó, theo siêu dự án kỹ thuật và nghiên cứu tổng hợp hạt nhân quốc tế, ‘Mặt trời nhân tạo đầu tiên’ - ITER, nhiệt hạch là một dạng năng lượng xanh có thể vô tận.

Theo The Epoch Times

Bạn bình luận gì về tin này?

Khoa học Công nghệ


BÀI CHỌN LỌC

Đạt được ‘Ngưỡng đánh lửa’ khoa học - Một bước tiến quan trọng đến nguồn năng lượng vô tận