Quote from Đào Tuấn Tài on 10/09/2021, 11:17

Viễn cảnh:

Sau khi công nghệ AI kết hợp vào đời sống xã hội, giúp ích cho con người, tạo ra những sản phẩm kết hợp với AI như: robot giúp việc, robot vệ sinh, robot làm những công việc nguy hiểm,… mà chỉ cần con người ra lệnh không cần phải điều khiển nữa thì nguồn năng lượng để duy trì máy móc cần thêm rất nhiều dẫn đến tình trạng thiếu hụt năng lượng. Một nguồn năng lượng khổng lồ và sạch là tình huống cấp bách tiếp theo mà thế giới cần phải đối mặt.

Thế nên kỷ nguyên công nghệ tiếp theo sẽ là năng lượng tái tạo nhưng phải sạch. Đừng kì vọng vào năng lượng hạt nhân. Bởi vì một lò phản ứng công suất lớn tạo ra 3 mét khối (25–30 tấn) nguyên liệu đã qua sử dụng mỗi năm. Nó bao gồm urani không chuyển hóa được cũng như một lượng khá lớn các nguyên tử thuộc nhóm Actini (hầu hết là plutoni và curi). Thêm vào đó, có khoảng 3% là các sản phẩm phân hạch. Nhóm actini (urani, plutoni, và curi) có tính phóng xạ lâu dài, trong khi đó các sản phẩm phân hạch có tính phóng xạ ngắn hơn. Nguyên liệu hạt nhân đã sử dụng được chứa trong các bồn nước chống phóng xạ. Nước có chức năng làm lạnh đối với các sản phẩm phân hạch vẫn còn phân rã và che chắn tia phóng xạ ra môi trường. Sau vài chục năm các bồn chứa trở nên lạnh hơn, nguyên liệu ít phóng xạ hơn sẽ được chuyển đến nơi chứa khô, ở đây nguyên liệu được chứa các thùng bằng thép và bê tông cho đến khi độ phóng xạ của nó giảm một cách tự nhiên ("phân rã") đến mức an toàn đủ để tiếp tục thực hiện các quá trình xử lý khác. Việc chứa tạm thời này kéo dài vài năm, vài chục năm thậm chí cả ngàn năm tùy thuộc vào loại nguyên liệu. Hầu hết các chất thải phóng xạ của Hoa Kỳ hiện tại được chứa ở các vị trí tạm thời có giám sát, trong khi các phương pháp thích hợp cho việc thải vĩnh cửu vẫn đang được bàn luận. Dù cho công nghệ có hiện đại đến mấy hạn chế đến mấy đi nữa thì lò hạt nhân vẫn có thải ra chất thải phóng xạ. Nhu cầu càng nhiều chất thải ra sẽ càng nhiều đến một lúc nào đó sẽ không còn chỗ để chứa chất thải phóng xạ nữa.

Giải pháp:

Nên năng lượng nhiệt hạch sẽ khả thi hơn. Phản ứng nhiệt hạch (phản ứng hợp hạch) trong vật lý học, là quá trình giữa 2 hạt nhân trở lên hợp lại với nhau để tạo nên một hạt nhân mới nặng hơn. Cùng với quá trình này là sự phóng thích năng lượng hay hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạt nhân tham gia. Nếu con người có thể làm cho 2 nguyên tử cực nóng va chạm vào nhau rồi kết hợp thành một, kèm theo có khả năng kiểm soát năng lượng giải phóng ra sau va chạm thì chúng ta sẽ chẳng cần phải lo lắng gì về việc thiếu hụt điện nữa.

Mục tiêu của những nghiên cứu về năng lượng tổng hợp nhiệt hạch là nhằm tạo ra nguồn năng lượng giống như trên những ngôi sao ngay tại Trái đất bằng cách tổng hợp hạt nhân các hạt nhân nhẹ.

Mới đây, trong khuôn khổ Hiệp định phát triển năng lượng tổng hợp nhiệt hạch Châu Âu (EFDA), một bản báo cáo phác họa định hướng đưa điện nhiệt hạch (fusion energy) lên lưới điện vào năm 2050 đã được công bố. Báo cáo có tên là “Lộ trình hiện thực hóa năng lượng nhiệt hạch”. Theo báo cáo, khả năng sản xuất điện tổng hợp nhiệt hạch một cách hiệu quả sẽ đem lại lợi ích to lớn, không chỉ cho các nước thành viên của EFDA mà cả mọi quốc gia trên thế giới.

So với các loại năng lượng tái tạo mà thế giới đang theo đuổi, điện nhiệt hạch có những lợi thế đặc biệt. Thứ nhất, để sản xuất điện, các lò phản ứng nhiệt hạch chỉ sử dụng các loại nhiên liệu deuterium và lithium vô cùng phong phú và gần như bất tận. Thứ hai, quá trình tổng hợp nhiệt hạch không xả ra bất kỳ loại khí gây hiệu ứng nhà kính nào vào khí quyển, và cũng không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài như các lò phản ứng phân hạch hạt nhân. Và cuối cùng, phản ứng tổng hợp nhiệt hạch an toàn hơn so với phản ứng phân hạch dây chuyền khó kiểm soát.

Vấn đề:

Tuy nhiên lò phản ứng nhiệt hạch vẫn là quá nguy hiểm vì nếu mất kiểm soát nó có thể như một quả bom nguyên tử. Nên thế giới vẫn đang nguyên cứu một biện pháp an toàn hơn đó là nhiệt hạch lạnh. Hai nguyên tử Hydro dưới nhiệt độ và áp suất cực lớn kết hợp lại với nhau và tạo ra 1 nguyên tử Helium, và giải phóng năng lượng khổng lồ trong quá trình hợp hạch. Đó chính là quá trình tạo ra nguồn năng lượng khổng lồ trên mặt trời. Các nhà khoa học thuộc nhiều dự án, ví dụ như tại viện nghiên cứu ITER của Pháp đã và đang cố gắng tìm cách khiến quá trình nhiệt hạch diễn ra ở nhiệt độ thông thường trên trái đất. Nếu làm được điều này, tạo ra được công nghệ nhiệt hạch lạnh ứng dụng ở quy mô lớn, thì với những đại dương khổng lồ trên bề mặt trái đất, con người sẽ không còn phải lo về việc thiếu hụt năng lượng nữa.

Vấn đề của nhiệt hạch nằm ở chỗ, để quá trình này xảy ra, cần nhiệt năng và áp suất rất lớn. Các nhà khoa học tại ITER Pháp đã thành công trong việc thực hiện phản ứng nhiệt hạch, nhưng phải dùng một hệ thống cực kỳ phức tạp để đẩy đám mây hơi hydro lên 150.000.000 độ C, gấp 10 lần nhiệt độ tâm mặt trời và dùng những nam châm khổng lồ để các nguyên tử hydro hợp hạch thành helium và giải phóng năng lượng.

Thực trạng:

Ý tưởng về nhiệt hạch lạnh được hình thành từ tháng 3/1989, hai nhà hóa học Stanley Pons và Martin Fleischmann thử nghiệm cho dòng điện chạy qua hai đĩa palladium ngâm trong nước nặng. Họ phát hiện ra thí nghiệm này tạo ra nhiệt năng rất lớn và có cả sản phẩm hợp hạch. Thế nhưng kể từ đó, hai cuộc nghiên cứu của Bộ Năng lượng Mỹ đều cho thấy không thể tạo ra được phản ứng nhiệt hạch ở nhiệt độ bình thường. Nhưng kể từ đó, “truyền thuyết” nhiệt hạch lạnh trở thành thứ ám ảnh các nhà khoa học với mục tiêu tạo ra nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận nhờ vào nước biển trên các đại dương. Google đã từng đổ 10 triệu USD vào dự án nghiên cứu nhiệt hạch lạnh. Tiếc thay cho đến thời điển hiện tại, các nhà khoa học của Google vẫn chưa tìm được thành công.

Châu Âu hiện đang giữ vị trí dẫn đầu trong những nghiên cứu về nhiệt hạch và là chủ nhân của công nghệ lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm quốc tế có tên là ITER. Thực tế là dự án ITER đang được Châu Âu và 6 quốc gia khác đóng góp và thực hiện. Mục tiêu quan trọng đặt ra trong bản báo cáo nói trên là sẽ đưa vào hoạt động của ITER vào năm 2020 với chỉ tiêu đạt được là: Năng lượng đầu ra 500 Megawatts trên năng lượng đầu vào 50 Megawatts.

(PetroTimes) - Chevron cho biết, công ty con của hãng là Chevron Technology Ventures đầu tư vào công ty khởi nghiệp Zap Energy (Mỹ), hoạt động trong lĩnh vực phát triển "lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thế hệ mới". Zap Energy đang phát triển một công nghệ sáng tạo để "nhốt" plasma, không sử dụng nam châm như lò phản ứng sử dụng công nghệ Tokamak (lò phản ứng ITER tại Pháp). Theo Zap Energy, cách tiếp cận sáng tạo này sẽ giúp nâng cao hiệu quả về mặt chi phí, linh hoạt và có thể sớm đưa lò phản ứng tổng hợp hạt nhân ra thị trường.

Mặc dù cũng có những ý kiến trái chiều rằng nó chỉ là viễn vong như bài viết này: http://large.stanford.edu/courses/2019/ph241/cheung1/. Nhưng nếu chúng ta thực sự làm chủ được công nghệ này có được nguồn năng lượng sạch khổng lồ thì kỷ nguyên mới sẽ mở ra. Nó có thể sẽ là tiền đề chế tạo ra thiết bị giúp con người di chuyển với tốc độ ánh sáng. Cung cấp nguồn năng lượng lớn mở ra cách cổng kết nối hai điểm nằm cách xa nhau theo thuyết đa chiều không gian, vũ trụ, để thực hiện bước nhảy không gian, v…v…

Bài viết mình chỉ cung cấp cho các bạn một số thông tin về ứng dụng của phản ứng nhiệt hạch nếu có thiếu sót các bạn hãy bổ sung giúp mình nhé!!

Cảm ơn các bạn đã xem!