Lên mạng 24/6/2011
Theo dõi tiến bộ khoa học, kỷ thuật :
Năng lượng dung hợp tiến tới đâu rồi ?
G S Tôn Thất Trình
Plasma nướng cháy bên trong lò phản ứng dung hợp -fusion reactor lớn nhất thế giới có thể sản xuất phong phú năng lượng sạch. Hai thất bại đựợc phổ biến rộng rải về dung hợp lạnh – cold fusion đã làm dơ bẩn danh tiếng ngành này, nhưng các nhà vật lý học đã thành công nối nhập những nhân – nuclei nguyên tử với dung hợp nóng – hot fusion từ năm 1932 . Ngày nay, khảo cứu về dung hợp nóng có thể dẫn tới nguồn năng lượng sạch, không bị những trở ngại quấy nhiễu hòai các nhà máy điện phân hạch - fission power plants. Nhà máy điện dung hợp không thể bị nung chảy – meltdown , chúng cũng không sản xuất phế thải phóng xạ cao và sống lâu dài., và nhiên liệu dung hợp không thể dễ dàng dùng làm võ khí.
Ở hàng đầu cố gắng thực hiện điện căn bản là dung hợp là ITER , một cộng tác quốc tế xây dựng lò phản ứng dung hợp lớn nhất thế giới. Trung tâm của dự án là một tokamak , một bình hình nhẫn – dough shaped vessel chứa phản ứng dung hợp . Ở bình , các từ trường – magnetic fields giam hãm một plasma gồm có deuterium và tritium , hai đồng vị-isotopes của hydrogen , trong khi các luồng hạt tử , làn sóng rađiô… làm nó nóng lên đến 270 triệu độ Farenheit, nhiệt độ cần thiết để giữ vững phản ứng dung hợp. Lúc phản ứng, nhân của deuterium và tritium hợp lại với nhau, sản xuất ra một helium và một neutron. Ở nhà máy điện dung hợp , những neutrons đầy năng lượng này sẽ làm nóng một cơ cấu tên gọi là mền – blanket tại tokamak và nhiệt lượng này sẽ được sử dụng chạy một tua bin để sản xuất điện .
Lò phản ứng ITETR là tokamak lớn nhất xây dựng từ trước đến nay, sản xuất 500 megawatts điện , khỏang bằng sản xuất của một nhà máy chạy than đá. Nhưng ITER không phát ra điện: nó chỉ là một thí nghiệm vật lý học khổng lồ , dù nó cũng là một nhà máy đem lại tiềm năng lợi lộc rất cao. Chỉ đơn giản một phần 35 ngàn một ounce Anh ( một ounce = 28. 35 gr ) nhiên liệu deuterium – tritium là có thể sản xuất một năng lượng tương đương với 2000 ga lông ( 8000 lít ) dầu đun nóng. Theo Richard Pitts , chuyên viên khoa học chánh của dự án, tiến trình ITER “ bẩm sinh an tòan”. Nó sẽ không bao giờ ở thế giới phân hạch ma lại trông giống như Chernobyl hay Fukushima và đó là lý do khiến nó rất hút dẫn .
Để hòan tòan thương mãi hóa dung hợp căn bản tokamak , các nhà phát triễn phải vượt qua nhiều thách thức. Trước tiên là vấn đề nuôi dưỡng tritium . Bất cứ mọi lúc , chỉ có được khỏang 50 cân Anh tritium trên thế giới, vì tritium không xảy ra tự nhiên được và phân hủy mau lẹ ( còn deuterium thì không phóng xạ và có thể chiết trích từ nước ) . Dù rằng ITER có thể dùng tritium sản xuất từ các nhà máy điện hạt nhân, một nhà máy hòan tòan dung hợp sẽ cần có nguồn cấp tự mình sản xuất ra , nghĩa là các neutron từ phản ứng dung hợp có thể dùng để chuyễn hóa một lô cất giữ bí mật lithium thành tritium. Hơn nữa, các nhà vật lý học cũng phải qui định vật liệu nào chịu đựng được tốt nhất sản phẩm phụ của phản ứng dung hợp , có cơ xói mòn các tường của tokamak . Cuối cùng , phóng xa, còn lại trong linh kiện sẽ đặt ra vấn đề duy trì vì dân gian không thể họat động an tòan bên trong bình. Các nhà khoa học ITER phải phát triễn ra robot đủ khả năng thay thế các bộ phận nặng đến 10 tấn.
ITER sẽ bắt đầu thí nghiệm năm 2019 ở Pháp . Nếu những thí nghiệm này thành công, dữ liệu dự án sản xuất sẽ giúp cho nhóm ITER làm họa kiểu DEMO , một trình diễn nhà máy điện dung hợp đề nghị công xuất 2000- 4000 megawatts, dụ tính xây cất vào năm 2040 .
Bên trong ITER: ( sẽ nặng trên 20 000 tấn )
Nhiên liệu : các kỷ sư tiêm vào bên trong tokamak , một phòng chân không dạng hình nhẫn cao năng , 2 đồng vị phóng xạ của hydrogen , deuterium và và tritium.
Plasma : một dòng điện mạnh mẽ làm nóng các khí deuterium và tritium và làm ionhóa chúng, làm thành một vòng plasma, một xúp chói lọi những hạt tử điện tính. Nhắc lại là plasma deuterium – tritium nóng 15 lần hơn lõi mặt trời.
Nhiệt lượng : các làn sóng rađiô, những luồng hạt tử deuterium cao năng và các làn vi ba làm nóng plasma. Ở nhiệt độ cao, deuterium và tritium dung hợp lại làm ra nguyên tử helium và một neutron .
Giam hãm : nếu plasma dụng vào tường tokamak, nó sẽ cắt xén phản ứng dung hợp. Plasma điện tính được giam hãm trong một từ trường làm bằng 39 siêu dẫn lọai chơi pô lô – poloidal, hình xuyến –toroidal và các nam châm trung tâm hình ống – central solenoid magnets, đặt quanh bên ngoài nhẫn và bên trong lỗ hổng nhẫn.
Lớp bọc : Bình được một mền thép dày 1.2 bộ Anh bao bọc, để che chở các tường tokamak khỏi dụng các neutron cao năng .
Thật ra bạn còn có thể dùng laser ( lade ) dung hợp. Vì rằng bạn không cần có một tokamak để khởi đầu một phản ứng dung hợp . Các nhà khoa học ở Cơ sở Nhen lữa quốc gia Hoa Kỳ - National Ignition Facility tại Livermore( NIF ) , Bắc Ca Li dự tính dùng một laser, lớn nhất thế giới. Một luồng laser sẽ nâng cao một cápxun – capsule chứa nhiên liệu deuterium- tritium lên đến 100 triệu độ và áp xuất 100 triệu lần hơn khí quyễn Trái Đất. Thành quả sẽ là một phản ứng dung hợp như các nhà khoa học mong đợi, sẽ giải tỏa đến 11 kilowatts – giờ năng lượng. Dù cho NIF sẽ làm tỏ rỏ vật lý học dung hợp, nó sẽ không bao giờ được dùng ở một nhà máy điện , vì lẽ các thành phần quang học của laser sẽ mất quá lâu để nguội lạnh đi , giữa các lần bắn .
( chiếu theo Brooke Borel, Khoa học phổ thông Hoa Kỳ số tháng 7 năm 2011 )
( Irvine , Nam Ca Li, ngày 20 tháng 6 năm 2011 )
