Phản ứng tổng hợp hạt nhân hấp dẫn đến mức nào?

Trong hành trình khám phá năng lượng rộng lớn, phản ứng tổng hợp hạt nhân giống như một ngôi sao mới sáng, thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trên thế giới bởi tiềm năng năng lượng khổng lồ và đặc tính sạch, thân thiện với môi trường.

Khi các nhà khoa học khẳng định "0,6 tấn nhiên liệu nhiệt hạch hạt nhân tương đương với 2 triệu tấn than chất lượng cao", chúng ta không khỏi choáng váng trước hiệu suất chuyển đổi năng lượng đáng kinh ngạc này. Vậy còn điều gì hấp dẫn ở phản ứng tổng hợp hạt nhân? Nó sẽ thay đổi tương lai của chúng ta như thế nào?

Lò phản ứng hạt nhân.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể được coi là cách giải phóng năng lượng cơ bản nhất trong tự nhiên, có nguyên lý giống như cơ chế sản sinh năng lượng bên trong Mặt trời - hai hạt nhân nhẹ hơn kết hợp với nhau tạo thành hạt nhân nặng hơn trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao, đồng thời giải phóng một lượng lớn năng lượng. Qua tính toán, các nhà khoa học nhận thấy chỉ 0,6 tấn nhiên liệu nhiệt hạch hạt nhân có thể tạo ra lượng điện tương đương khi đốt cháy 2 triệu tấn than chất lượng cao. Mật độ năng lượng này vượt xa so với nhiên liệu hóa thạch truyền thống, chứng tỏ tiềm năng rất lớn của phản ứng tổng hợp hạt nhân. trong lĩnh vực năng lượng.

Lấy Mặt trời làm ví dụ. Nó đã liên tục tạo ra nhiệt và ánh sáng trong hơn 5 tỷ năm dựa vào phản ứng tổng hợp hạt nhân của hydro, và người ta dự đoán quá trình này sẽ tiếp tục trong hàng tỷ năm tới. Nếu con người có thể làm chủ được công nghệ nhiệt hạch hạt nhân có thể điều khiển được thì sẽ tương đương với việc tự mình chế tạo được một “Mặt trời nhân tạo” với nguồn năng lượng sạch gần như vô tận. Điều này không chỉ có ý nghĩa giải quyết căn bản cuộc khủng hoảng năng lượng mà còn đẩy xã hội loài người vào một giai đoạn phát triển mới.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể được coi là cách giải phóng năng lượng cơ bản nhất trong tự nhiên.

Sức hấp dẫn của phản ứng tổng hợp hạt nhân còn nằm ở sự phong phú của nguyên liệu thô và sự sạch sẽ của quy trình sản xuất. Hiện nay, đồng vị hiệu quả nhất để đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân là hydro và hydro cực kỳ dồi dào trên Trái đất. Mặc dù hàm lượng hydro trong khí quyển không cao nhưng đại dương lại là kho tàng hydro khổng lồ. Các nhà khoa học ước tính rằng mỗi lít nước biển chứa 0,03 gram deuterium (một đồng vị của hydro). Năng lượng được giải phóng bởi các deuterium này thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân tương đương với việc đốt cháy 300 lít xăng. Dự trữ đại dương toàn cầu lên tới 1,38 tỷ km khối, chứa đủ nhiên liệu nhiệt hạch để nền văn minh nhân loại sử dụng trong hàng chục nghìn năm.

Ngoài ra, không có chất thải phóng xạ nào được tạo ra trong phản ứng tổng hợp hạt nhân dạng này. Sản phẩm chính của nó là helium, một loại khí vô hại với cơ thể con người và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ngược lại, mặc dù công nghệ phân hạch hạt nhân hiện nay cũng có thể cung cấp một lượng lớn năng lượng nhưng trữ lượng uranium nguyên liệu thô của nó rất hạn chế và việc xử lý chất thải hạt nhân rất khó khăn và tốn kém. Do đó, từ góc độ sạch sẽ và bảo vệ môi trường, phản ứng tổng hợp hạt nhân chắc chắn là sự lựa chọn tốt hơn cho năng lượng trong tương lai.

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về phản ứng tổng hợp hạt nhân đã đạt được những tiến bộ đáng kể trên toàn thế giới. Là một dự án mang tính bước ngoặt trong lĩnh vực phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể điều khiển, dự án Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER) quy tụ các nhà khoa học và lực lượng kỹ thuật hàng đầu từ nhiều quốc gia và khu vực, trong đó có Trung Quốc. Mục tiêu của ITER là xác minh tính khả thi về mặt khoa học và kỹ thuật của việc sử dụng năng lượng nhiệt hạch hạt nhân vì mục đích hòa bình và đặt nền móng cho việc xây dựng các lò phản ứng nhiệt hạch thương mại trong tương lai.

Không có chất thải phóng xạ nào được tạo ra trong phản ứng tổng hợp hạt nhân dạng này.

Ngoài dự án ITER, Hoa Kỳ, châu Âu, Nhật Bản và các nước khác cũng đang tích cực thúc đẩy kế hoạch nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân của riêng mình. Ví dụ, Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) tại Hoa Kỳ cam kết đạt được khả năng đánh lửa phản ứng tổng hợp hạt nhân thông qua công nghệ laser; Cơ sở Thí nghiệm Hợp nhất Laser của Châu Âu (JET) đang khám phá công nghệ gia nhiệt và giam giữ plasma ở nhiệt độ cao; ) là những bước đột phá quan trọng đã được thực hiện trong lĩnh vực phản ứng tổng hợp laser.

Sự tiến bộ của các dự án nghiên cứu khoa học này không chỉ giúp nhân loại hiểu sâu hơn về các nguyên tắc của phản ứng tổng hợp hạt nhân mà còn mang lại khả năng ứng dụng thương mại của phản ứng tổng hợp hạt nhân. Trong tương lai, khi công nghệ tiếp tục phát triển và chi phí giảm dần, phản ứng tổng hợp hạt nhân được kỳ vọng sẽ trở thành thế hệ năng lượng chủ đạo mới sau năng lượng gió và năng lượng Mặt trời, tạo động lực mạnh mẽ cho sự phát triển bền vững của xã hội loài người.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân được kỳ vọng sẽ trở thành thế hệ năng lượng chủ đạo mới.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân cho thấy triển vọng phát triển hấp dẫn với tiềm năng năng lượng to lớn, nguồn nguyên liệu dồi dào và quy trình sản xuất sạch. Nó không chỉ được kỳ vọng sẽ giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng và các vấn đề ô nhiễm môi trường mà nhân loại phải đối mặt mà còn thúc đẩy tiến bộ khoa học công nghệ và nâng cấp công nghiệp. Mặc dù công nghệ tổng hợp hạt nhân vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và còn xa mới có thể ứng dụng thương mại nhưng chúng tôi tin rằng với nỗ lực chung của toàn nhân loại, giấc mơ này cuối cùng sẽ trở thành hiện thực. Chúng ta hãy cùng nhau mong chờ ngày đó và chào đón một thế giới tương lai được chiếu sáng bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân.

• Lõi của Mặt trời trông ra sao?
• Thành phần cấu tạo nên Mặt trời là gì?
• Lò phản ứng tổng hợp hạt nhân 20 tỷ USD đầu tiên trên thế giới