Bước tiến đến nguồn năng lượng vô tận

Tạo ra Mặt trời nhân tạo trên Trái đất là thử nghiệm gay go mà các nhà khoa học Mỹ dự định thực hiện vào đầu năm 2009. Nếu thành công, cuộc thử nghiệm sẽ mang đến giải pháp hoàn mỹ cho viễn cảnh thiếu hụt năng lượng mà nhân loại sắp đối mặt.

Ảnh: Lawrence Livermore National Laboratory (hình 1)

Tạo ra Mặt trời được xem là mục tiêu bất khả thi của nhân loại trong suốt gần 100 năm qua. Tuy nhiên, các nhà khoa học Mỹ tin rằng họ sắp giải được một trong những bài toán hóc búa nhất trong ngành vật lý bằng cách khai thác năng lượng của phản ứng tổng hợp hạt nhân (còn gọi là phản ứng hợp hạch). Phản ứng tổng hợp hạt nhân là quá trình hai hoặc nhiều hạt nhân nguyên tử hợp lại để tạo nên một hạt nhân nặng hơn, kèm theo đó là sự phóng thích năng lượng – hiện tượng này vốn xảy ra ở giữa Mặt trời.

Vào mùa xuân 2009, một nhóm chuyên gia thuộc Trung tâm thí nghiệm quốc gia Los Alamos ở thành phố Livermore (bang California) sẽ bắt đầu các nỗ lực để làm bừng sáng một Mặt trời nhân tạo bé xíu bên trong phòng thí nghiệm mang tên Thiết bị mồi lửa quốc gia (NIF) và kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân. Sử dụng một lượng nhiên liệu nhỏ hơn đầu kim ghim, thông qua phản ứng hợp hạch, các nhà khoa học đặt mục tiêu tạo ra nhiệt độ cao hơn 100 triệu độ C và áp suất cao hơn hàng tỉ lần so với những dạng áp suất hiện hữu trên Trái đất. Nếu thành công, thử nghiệm này sẽ đánh dấu bước tiến đầu tiên hướng đến mục tiêu xây dựng nhà máy điện tổng hợp hạt nhân để tạo ra nguồn năng lượng gần như vô tận phục vụ con người.

hình 2

Trong bối cảnh nhiên liệu hóa thạch (than đá, khí đốt, dầu mỏ) được dự báo sắp cạn nguồn và những quan ngại về hiện tượng ấm nóng toàn cầu (gây ra bởi khí thải từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch) buộc các nước phải tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch thay thế, phản ứng hợp hạch hứa hẹn mang đến một giải pháp cứu cánh. Hyđrô – nhiên liệu cần cho phản ứng hợp hạch – hiện hữu khắp mọi nơi trên Trái đất với trữ lượng không bao giờ cạn kiệt. Công việc chuẩn bị cho cuộc thử nghiệm phản ứng tổng hợp hạt nhân với kinh phí 1,7 tỉ USD dự kiến sẽ hoàn tất trước tháng 3 năm tới.

“Chúng tôi đang tạo ra những điều kiện hiện hữu bên trong Mặt trời. Nó cũng giống như khai thác năng lượng Mặt trời thực sự bởi hợp hạch là nguồn tạo ra tất cả năng lượng trên Trái đất. Không chỉ là một thử nghiệm lý thú của ngành vật lý, nó còn giúp giải quyết những vấn đề kinh tế, xã hội và môi trường mà nhân loại đang đối mặt”, Ed Moses – giám đốc NIF cho biết. Bên trong lò phản ứng rộng hơn 3 sân bóng đá ở NIF (ảnh 1), một tia laser hồng ngoại sẽ khuếch đại để tạo ra chùm tia sáng với cường độ mạnh hơn 10 tỉ lần so với bóng đèn dây tóc gia dụng. Chùm tia sáng này sau đó được chia thành 192 tia riêng lẻ và được chuyển hóa thành ánh sáng cực tím trước khi được chiếu thẳng vào trong ống tuýp thủy tinh (ảnh 2). Trong tích tắc (vài phần tỉ của giây), tia cực tím sẽ tạo ra các tia X năng lượng cao, nén viên nhiên liệu trong ống tuýp cho đến khi lớp vỏ bọc nó nổ tung. Quá trình nổ sẽ tạo ra phản ứng thuận nghịch, nén chặt nhiên liệu lại với nhau cho đến khi xảy ra phản ứng hợp hạch, giải phóng vô số năng lượng.

Giới nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm khai thác năng lượng hợp hạch kể từ khi phương trình E=mc2 do Albert Einstein lập ra năm 1905 mở ra triển vọng rằng việc kết hợp các nguyên tử lại với nhau có thể phóng thích một lượng năng lượng lớn khủng khiếp. Theo lý thuyết của Einstein, lượng năng lượng được sinh ra trong phản ứng hợp hạch một gam vật chất đủ dùng để thắp sáng 28.500 bóng đèn tròn (loại 100 watt) suốt 1 năm. Cho đến nay, những phản ứng hợp hạch kiểu này chỉ có thể thực hiện được bên trong các loại vũ khí hạt nhân hoặc môi trường plasma (thể khí có lượng các hạt mang điện âm dương tương đương nhau trên Mặt trời và các vì sao) không bền vững được tạo nên trong từ trường cực mạnh. Thử nghiệm sử dụng laser của Trung tâm thí nghiệm Los Alamos có thể tạo nên một cuộc cách mạng làm thay đổi hoàn toàn cách thức kích hoạt phản ứng hợp hạch.

Nếu thử nghiệm diễn tiến đúng như kịch bản trên, NIF có khả năng sẽ bắn tia laser và kích hoạt phản ứng hợp hạch theo chu kỳ 5 giờ một lần. Tuy nhiên, giới chuyên môn cho rằng để có thể thiết lập nhà máy năng lượng nhiệt hạch phục vụ con người, tia laser cần phải kích hoạt phản ứng nhiệt hạch liên tục với chu kỳ 10 lần trong một giây. Ngoài thử nghiệm trên, Trung tâm Los Alamos đang bắt tay với Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton (Anh) triển khai dự án xây dựng nhà máy năng lượng nhiệt hạch với một lò phản ứng hoạt động bằng tia laser có thể bắn tia laser theo chu kỳ vài phút một lần.

SONG NGỌC (Theo Telegraph)