Sussie
Intern Writer
Năng lượng, có lẽ, là thứ "tiền tệ" cơ bản nhất của vũ trụ này, là mạch máu nuôi dưỡng mọi nền văn minh. Nó thắp sáng những thành phố, giúp chúng ta trồng trọt lương thực, vận hành máy tính, và thúc đẩy từng bước tiến của nhân loại.
Hiện tại, chúng ta có nhiều cách để khai thác năng lượng: đốt nhiên liệu hóa thạch, điện hạt nhân phân hạch hay điện mặt trời. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế riêng. Nhiên liệu hóa thạch thải ra chất ô nhiễm độc hại, nhà máy điện hạt nhân tạo ra chất thải phóng xạ khó xử lý, còn năng lượng mặt trời lại phụ thuộc vào thời tiết và chúng ta vẫn chưa có đủ pin để lưu trữ điện từ những ngày nắng cho những ngày mưa.
Nếu có một nguồn năng lượng mà chỉ 100 gram nhiên liệu có thể tạo ra lượng năng lượng tương đương hơn 2.000 tấn xăng, đủ để một chiếc ô tô chạy gần 30 triệu km, tương đương hơn 700 vòng quanh đường xích đạo Trái Đất, thì vì sao đến nay con người vẫn chưa thể đưa nó vào sử dụng?
Đó chính là năng lượng nhiệt hạch, công nghệ được nhiều nhà khoa học ví như "chén thánh" của ngành năng lượng. Nếu thành công, nó có thể cung cấp nguồn điện sạch gần như vô tận, ít phát thải, ít chất thải phóng xạ hơn điện hạt nhân hiện nay và không phụ thuộc vào thời tiết như điện gió hay điện mặt trời.
Điều đặc biệt là đây cũng chính là nguồn năng lượng đang vận hành Mặt Trời và hầu hết các ngôi sao trong vũ trụ. Thay vì tách các nguyên tử nặng như uranium để tạo năng lượng như nhà máy điện hạt nhân hiện nay, nhiệt hạch hoạt động theo cách ngược lại: hợp nhất các hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn. Quá trình này giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ.
Tuy nhiên, để các hạt nhân có thể hợp nhất, chúng phải được nung nóng tới hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu độ C. Trong Mặt Trời, lực hấp dẫn khổng lồ tự tạo ra điều kiện này. Còn trên Trái Đất, các nhà khoa học phải dùng những nam châm siêu dẫn cực mạnh hoặc các chùm laser công suất cực lớn để tái tạo môi trường tương tự.
Hiện nay có hai hướng nghiên cứu chính. Một là sử dụng từ trường để giam giữ plasma siêu nóng trong các lò phản ứng như dự án ITER tại Pháp. Hai là dùng hàng trăm chùm laser cực mạnh nén viên nhiên liệu trong thời gian cực ngắn để kích hoạt phản ứng, giống cách Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) của Mỹ đang thực hiện.
Dù đã đạt nhiều cột mốc quan trọng, các lò phản ứng này vẫn chưa thể phát điện thương mại. Nguyên nhân lớn nhất là chi phí. Việc tạo ra môi trường nhiệt độ hàng trăm triệu độ C tiêu tốn lượng năng lượng khổng lồ. Trong phần lớn các thí nghiệm hiện nay, nếu tính toàn bộ hệ thống, năng lượng thu được vẫn chưa đủ để bù chi phí vận hành, khiến công nghệ này chưa thể cạnh tranh với các nguồn điện hiện có.
Một trở ngại khác nằm ở nhiên liệu. Phản ứng nhiệt hạch thường sử dụng hai đồng vị của hydro là deuterium (đơteri) và tritium (triti). Đơteri rất dồi dào trong nước biển, gần như không bao giờ cạn. Nhưng triti lại cực kỳ hiếm, có tính phóng xạ và rất đắt đỏ. Vì vậy, nhiều nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm nhiên liệu thay thế, trong đó có heli-3, đồng vị được cho là tồn tại với trữ lượng lớn trong lớp đất bề mặt của Mặt Trăng sau hàng tỷ năm chịu tác động của gió Mặt Trời.
Nhiều người cũng lo ngại việc tạo ra một "Mặt Trời thu nhỏ" trên Trái Đất sẽ rất nguy hiểm. Thực tế, các chuyên gia đánh giá lò phản ứng nhiệt hạch an toàn hơn đáng kể so với nhà máy điện hạt nhân phân hạch. Nếu hệ thống từ trường hoặc laser gặp sự cố, plasma sẽ nguội đi gần như ngay lập tức và phản ứng tự dừng, nên không thể xảy ra hiện tượng nóng chảy lõi như các nhà máy điện hạt nhân truyền thống. Rủi ro chủ yếu đến từ khả năng rò rỉ triti, nhưng lượng nhiên liệu trong lò phản ứng thường chỉ tính bằng vài gram nên nguy cơ gây ra thảm họa quy mô lớn được đánh giá là thấp.
Chính vì tiềm năng quá lớn, nhiều quốc gia vẫn chấp nhận đầu tư hàng chục tỷ USD vào cuộc đua nhiệt hạch, dù chưa ai dám khẳng định khi nào công nghệ này mới có thể phát điện thương mại. Với giới khoa học, đây là một canh bạc rất đắt đỏ. Nhưng nếu thành công, nhân loại có thể sở hữu nguồn năng lượng sạch gần như vô tận, đủ để thay đổi hoàn toàn cách thế giới sản xuất và sử dụng điện trong nhiều thế kỷ tới.
Hiện tại, chúng ta có nhiều cách để khai thác năng lượng: đốt nhiên liệu hóa thạch, điện hạt nhân phân hạch hay điện mặt trời. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế riêng. Nhiên liệu hóa thạch thải ra chất ô nhiễm độc hại, nhà máy điện hạt nhân tạo ra chất thải phóng xạ khó xử lý, còn năng lượng mặt trời lại phụ thuộc vào thời tiết và chúng ta vẫn chưa có đủ pin để lưu trữ điện từ những ngày nắng cho những ngày mưa.
Nếu có một nguồn năng lượng mà chỉ 100 gram nhiên liệu có thể tạo ra lượng năng lượng tương đương hơn 2.000 tấn xăng, đủ để một chiếc ô tô chạy gần 30 triệu km, tương đương hơn 700 vòng quanh đường xích đạo Trái Đất, thì vì sao đến nay con người vẫn chưa thể đưa nó vào sử dụng?
Đó chính là năng lượng nhiệt hạch, công nghệ được nhiều nhà khoa học ví như "chén thánh" của ngành năng lượng. Nếu thành công, nó có thể cung cấp nguồn điện sạch gần như vô tận, ít phát thải, ít chất thải phóng xạ hơn điện hạt nhân hiện nay và không phụ thuộc vào thời tiết như điện gió hay điện mặt trời.
Điều đặc biệt là đây cũng chính là nguồn năng lượng đang vận hành Mặt Trời và hầu hết các ngôi sao trong vũ trụ. Thay vì tách các nguyên tử nặng như uranium để tạo năng lượng như nhà máy điện hạt nhân hiện nay, nhiệt hạch hoạt động theo cách ngược lại: hợp nhất các hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn. Quá trình này giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ.
Tuy nhiên, để các hạt nhân có thể hợp nhất, chúng phải được nung nóng tới hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu độ C. Trong Mặt Trời, lực hấp dẫn khổng lồ tự tạo ra điều kiện này. Còn trên Trái Đất, các nhà khoa học phải dùng những nam châm siêu dẫn cực mạnh hoặc các chùm laser công suất cực lớn để tái tạo môi trường tương tự.
Hiện nay có hai hướng nghiên cứu chính. Một là sử dụng từ trường để giam giữ plasma siêu nóng trong các lò phản ứng như dự án ITER tại Pháp. Hai là dùng hàng trăm chùm laser cực mạnh nén viên nhiên liệu trong thời gian cực ngắn để kích hoạt phản ứng, giống cách Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) của Mỹ đang thực hiện.
Dù đã đạt nhiều cột mốc quan trọng, các lò phản ứng này vẫn chưa thể phát điện thương mại. Nguyên nhân lớn nhất là chi phí. Việc tạo ra môi trường nhiệt độ hàng trăm triệu độ C tiêu tốn lượng năng lượng khổng lồ. Trong phần lớn các thí nghiệm hiện nay, nếu tính toàn bộ hệ thống, năng lượng thu được vẫn chưa đủ để bù chi phí vận hành, khiến công nghệ này chưa thể cạnh tranh với các nguồn điện hiện có.
Một trở ngại khác nằm ở nhiên liệu. Phản ứng nhiệt hạch thường sử dụng hai đồng vị của hydro là deuterium (đơteri) và tritium (triti). Đơteri rất dồi dào trong nước biển, gần như không bao giờ cạn. Nhưng triti lại cực kỳ hiếm, có tính phóng xạ và rất đắt đỏ. Vì vậy, nhiều nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm nhiên liệu thay thế, trong đó có heli-3, đồng vị được cho là tồn tại với trữ lượng lớn trong lớp đất bề mặt của Mặt Trăng sau hàng tỷ năm chịu tác động của gió Mặt Trời.
Nhiều người cũng lo ngại việc tạo ra một "Mặt Trời thu nhỏ" trên Trái Đất sẽ rất nguy hiểm. Thực tế, các chuyên gia đánh giá lò phản ứng nhiệt hạch an toàn hơn đáng kể so với nhà máy điện hạt nhân phân hạch. Nếu hệ thống từ trường hoặc laser gặp sự cố, plasma sẽ nguội đi gần như ngay lập tức và phản ứng tự dừng, nên không thể xảy ra hiện tượng nóng chảy lõi như các nhà máy điện hạt nhân truyền thống. Rủi ro chủ yếu đến từ khả năng rò rỉ triti, nhưng lượng nhiên liệu trong lò phản ứng thường chỉ tính bằng vài gram nên nguy cơ gây ra thảm họa quy mô lớn được đánh giá là thấp.
Chính vì tiềm năng quá lớn, nhiều quốc gia vẫn chấp nhận đầu tư hàng chục tỷ USD vào cuộc đua nhiệt hạch, dù chưa ai dám khẳng định khi nào công nghệ này mới có thể phát điện thương mại. Với giới khoa học, đây là một canh bạc rất đắt đỏ. Nhưng nếu thành công, nhân loại có thể sở hữu nguồn năng lượng sạch gần như vô tận, đủ để thay đổi hoàn toàn cách thế giới sản xuất và sử dụng điện trong nhiều thế kỷ tới.
