Tạo ra plasma hydro ổn định để sản xuất năng lượng hạt nhân - bước ngoặt cho vấn đề năng lượng của con người?

02:18' PM - Thứ ba, 15/11/2016

Tháng 2/2016, lần đầu tiên trong lịch sử các nhà khoa học Đức đã sản xuất được plasma hydro. Đây là bước mở đầu cho một thí nghiệm chưa từng có trên thế giới, đưa con người tiến đến gần hơn các nguồn năng lượng hầu như vô tận và không gây ô nhiễm môi trường trong tương lai.

Thí nghiệm này được thực hiện trên thiết bị tổng hợp hạt nhân Wendelstein 7-X, đặt tại Viện Vật lý plasma Max Planck ở thành phố Garching (Đức). Lò phản ứng Wendelstein 7-X đã được xây dựng trong hơn một thập niên qua với chi phí 413 triệu USD. Mục đích dài hạn của thí nghiệm là tổng hợp các hạt nhân của deutri và triti - những dạng đồng vị nặng của hydo - thành hạt nhân heli và netron đồng thời sản xuất nhiệt năng. Với chỉ 40 lít nước (nguồn cung cấp deutri) và 5 g liti (có thể chuyển hóa dễ dàng thành triti), cơ sở tổng hợp hạt nhân này có thể sản xuất lượng điện tương đương 40 tấn than.

Các nhà nghiên cứu tại cơ sở Wendelstein 7-X sẽ không tìm cách đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân, vì đây là phản ứng đòi hỏi phải có nhiệt độ trên 100 triệu độ K. Mục tiêu của họ là tìm cách nghiên cứu để giữ plasma hydro một cách tối ưu ở nhiệt độ 80 triệu độ K trong một chiếc lồng từ tính, sao cho plasma cực nóng này không chạm phải thành của buồng phản ứng.

Khi xây dựng thiết bị nói trên, hai kiểu thiết kế được phát minh từ thập niên 1950 đã cạnh tranh với nhau để tạo ra cách thiết kế tốt nhất cho việc duy trì plasma siêu nóng trong lồng từ. Trong kiểu thiết kế Tokamak được sáng chế tại Nga, người ta sử dụng một chiếc lồng từ trường với hình dạng chiếc bánh rán đơn giản, nhưng thiết bị này chỉ có thể giữ được plasma nhờ sự trợ giúp của dòng xung điện, do đó plasma dễ bị vỡ.

Trong kiểu thiết kế hình sao do các nhà khoa học Mỹ phát minh, một chiếc lồng từ tính với hình dạng xoắn cong phức tạp sẽ tạo ra từ trường lưu giữ plasma mà không cần có các dòng điện bổ sung nên ổn định hơn, plasma ít có khả năng bị phá vỡ. Đây là kiểu thiết kế được áp dụng cho lò phản ứng tại cơ sở Wendelstein 7-X.

Nhưng kiểu thiết kế xoắn rất khó thực hiện, vì vậy sự phát triển của kiểu thiết kế này đã tiến chậm hơn nửa thế kỷ so với kiểu thiết kế Tokamak của Nga. Lợi thế của thiết bị theo kiểu thiết kế Tokamak là có tính đối xứng hình học đơn giản nên dễ xây dựng hơn nhiều. Hiện tại, trên thế giới đã có khoảng 100 thiết bị dạng Tokamak đang hoạt động. Nhưng tuy đã trải qua nhiều năm với các thế hệ X và XX, thiết bị kiểu Tokamak vẫn chưa thể tạo ra mức năng lượng khả dụng để tiến tới xây dựng nhà máy điện, do nó vẫn còn nhiều nhược điểm chưa thể vượt qua.

Nhờ các tiến bộ ngày nay như siêu máy tính, kỹ thuật chính xác và ưu thế về lý thuyết, các nhà khoa học làm việc tại cơ sở Wendelstein 7-X đã có thể cạnh tranh với kiểu thiết kế Tokamak để xây dựng lò phản ứng hạt nhân ổn định và an toàn hơn.

Nếu lò phản ứng Wendelstein 7-X vận hành thành công, nó có triển vọng sẽ là bước khởi đầu để tạo nên những nhà máy điện với hiệu suất cực kỳ cao và không có khí thải, góp phần giải quyết thách thức về năng lượng cho con người.

HS

Theo Chemical & Engineering News, 2/2016

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,