QUẢNG CÁO

Fusion Ignition trở thành hiện thực; Hòa vốn năng lượng đạt được tại Phòng thí nghiệm Lawrence

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đã đạt được sự đánh lửa nhiệt hạch và hòa vốn năng lượng. Ngày 5th Tháng 2022 năm 192, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm nhiệt hạch có kiểm soát bằng cách sử dụng tia laze khi 2 chùm tia laze truyền hơn 8 triệu joules năng lượng tia cực tím đến một viên nhiên liệu nhỏ trong buồng mục tiêu đông lạnh và đạt được mức năng lượng hòa vốn, nghĩa là thí nghiệm nhiệt hạch tạo ra nhiều năng lượng hơn được cung cấp bởi tia laser để lái nó. Bước đột phá này lần đầu tiên đạt được trong lịch sử sau nhiều thập kỷ làm việc chăm chỉ. Đây là một cột mốc quan trọng trong khoa học và có ý nghĩa quan trọng đối với triển vọng năng lượng nhiệt hạch sạch trong tương lai hướng tới nền kinh tế không carbon ròng, để chống biến đổi khí hậu và duy trì khả năng răn đe hạt nhân mà không cần dùng đến thử nghiệm hạt nhân để bảo vệ quốc gia. Trước đó, ngày XNUMXthTháng 2021 năm 5, nhóm nghiên cứu đã đạt đến ngưỡng đánh lửa nhiệt hạch. Thí nghiệm đã tạo ra nhiều năng lượng hơn bất kỳ thí nghiệm nhiệt hạch nào khác trước đây nhưng không đạt được mức hòa vốn năng lượng. Thí nghiệm mới nhất được tiến hành vào ngày XNUMXth Tháng 2022 năm XNUMX đã đạt được kỳ tích hòa vốn năng lượng, do đó cung cấp bằng chứng về khái niệm rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát có thể được khai thác để đáp ứng nhu cầu năng lượng, mặc dù ứng dụng năng lượng nhiệt hạch thương mại thực tế có thể vẫn còn rất xa vời.

Hạt nhân các phản ứng tạo ra một lượng lớn năng lượng tương đương với khối lượng bị mất đi, theo phương trình đối xứng khối lượng-năng lượng E=MCcủa Einstein. Các phản ứng phân hạch liên quan đến sự phân hủy hạt nhân của nhiên liệu hạt nhân (các nguyên tố phóng xạ như uranium-235) hiện đang được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân để tạo ra năng lượng. Tuy nhiên, các lò phản ứng phân hạch hạt nhân gây rủi ro cao cho con người và môi trường như rõ ràng trong trường hợp Chernobyl, và nổi tiếng là tạo ra chất thải phóng xạ nguy hiểm với thời gian bán hủy rất dài và cực kỳ khó xử lý.

Trong tự nhiên, những ngôi sao như mặt trời của chúng ta, phản ứng tổng hợp hạt nhân liên quan đến việc hợp nhất các hạt nhân nhỏ hơn của hydro là cơ chế tạo ra năng lượng. Phản ứng tổng hợp hạt nhân, không giống như phản ứng phân hạch hạt nhân, đòi hỏi nhiệt độ và áp suất cực cao để cho phép các hạt nhân hợp nhất. Yêu cầu về nhiệt độ và áp suất cực cao này được đáp ứng tại lõi của mặt trời, nơi phản ứng tổng hợp hạt nhân hydro là cơ chế chính để tạo ra năng lượng nhưng việc tái tạo những điều kiện khắc nghiệt này trên trái đất cho đến nay vẫn chưa thể thực hiện được trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát và kết quả là, lò phản ứng tổng hợp hạt nhân vẫn chưa thành hiện thực. (Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch không kiểm soát ở nhiệt độ và áp suất cực cao được tạo ra bằng cách kích hoạt thiết bị phân hạch là nguyên tắc đằng sau vũ khí hydro).

Vào năm 1926, chính Arthur Eddington là người đầu tiên đề xuất rằng các ngôi sao lấy năng lượng từ phản ứng tổng hợp hydro thành helium. Minh chứng trực tiếp đầu tiên về phản ứng tổng hợp hạt nhân là trong phòng thí nghiệm vào năm 1934 khi Rutherford cho thấy phản ứng tổng hợp đơteri thành heli và quan sát thấy “một hiệu ứng to lớn đã được tạo ra” trong quá trình này. Xét về tiềm năng to lớn của nó trong việc cung cấp năng lượng sạch không giới hạn, các nhà khoa học và kỹ sư trên khắp thế giới đã có những nỗ lực phối hợp để tái tạo phản ứng tổng hợp hạt nhân trên Trái đất nhưng đó là một nhiệm vụ khó khăn.

Ở nhiệt độ cực cao, các electron bị tách ra khỏi hạt nhân và các nguyên tử trở thành khí bị ion hóa bao gồm các hạt nhân dương và các electron âm, cái mà chúng ta gọi là plasma, đậm đặc hơn một phần triệu lần so với không khí. Điều này làm cho nhiệt hạch môi trường rất mong manh. Để phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra trong một môi trường như vậy (có thể mang lại lượng năng lượng đáng kể), cần phải đáp ứng ba điều kiện; phải có nhiệt độ rất cao (có thể gây ra va chạm năng lượng cao), phải có đủ mật độ plasma (để tăng xác suất va chạm) và plasma (có xu hướng giãn nở) phải được giới hạn trong một khoảng thời gian đủ để kích hoạt hợp nhất. Điều này làm cho việc phát triển cơ sở hạ tầng và công nghệ để chứa và kiểm soát plasma nóng trở thành trọng tâm chính. Từ trường mạnh có thể được sử dụng để xử lý plasma như trường hợp Tokamak của ITER. Giam giữ plasma theo quán tính là một cách tiếp cận khác, trong đó các viên nang chứa đầy đồng vị hydro nặng được kích nổ bằng cách sử dụng chùm tia laze năng lượng cao.

Các nghiên cứu về nhiệt hạch được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) của NIF đã sử dụng các kỹ thuật nổ điều khiển bằng laze (hợp hạch giam cầm theo quán tính). Về cơ bản, các viên nang có kích thước milimet chứa đầy deuterium và tritium đã được kích nổ bằng các tia laser công suất cao tạo ra tia X. Viên nang được làm nóng và biến thành huyết tương. Plasma tăng tốc vào bên trong tạo ra các điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao khi nhiên liệu trong viên nang (các nguyên tử đơteri và tritium) hợp nhất, giải phóng năng lượng và một số hạt bao gồm các hạt alpha. Các hạt được giải phóng tương tác với plasma xung quanh và làm nóng nó hơn nữa, dẫn đến nhiều phản ứng nhiệt hạch hơn và giải phóng nhiều 'năng lượng và hạt' hơn, do đó thiết lập một chuỗi phản ứng nhiệt hạch tự duy trì (được gọi là 'đánh lửa nhiệt hạch').

Cộng đồng nghiên cứu nhiệt hạch đã cố gắng trong nhiều thập kỷ để đạt được 'đánh lửa nhiệt hạch'; một phản ứng nhiệt hạch tự duy trì. Ngày 8th Tháng 2021 năm 5, nhóm Phòng thí nghiệm Lawrence đã đến ngưỡng 'đánh lửa nhiệt hạch' mà họ đã đạt được vào ngày XNUMXth Tháng 2022 năm XNUMX. Vào ngày này, quá trình đánh lửa nhiệt hạch có kiểm soát trên Trái đất đã trở thành hiện thực – một cột mốc quan trọng trong khoa học đã đạt được!

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Nhà báo khoa học | Biên tập viên sáng lập tạp chí Khoa học Châu Âu

Theo dõi bản tin của chúng tôi

Để được cập nhật tất cả các tin tức mới nhất, ưu đãi và thông báo đặc biệt.

Hầu hết các bài viết được ưa thích

- Quảng cáo -
94,555Người hâm mộNhư
47,688Người theo dõiTheo
1,772Người theo dõiTheo
30Thuê baoTheo dõi