Phản ứng tổng hợp hạt nhân là gì, vì sao giới khoa học "phát sốt" vì nó?

[thuha19051234]

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore đã làm nên lịch sử bằng cách thử nghiệm thành công phản ứng tổng hợp hạt nhân dẫn đến mức tăng năng lượng ròng. Đó là bước đột phá được các quan chức Mỹ ca ngợi là “thành tựu mang tính bước ngoặt” và là “cột mốc cho tương lai của năng lượng sạch”.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là gì và tại sao nó lại quan trọng?​

Phản ứng tổng hợp hạt nhân hay còn gọi là 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. Nói cụ thể, phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra khi hai hoặc nhiều nguyên tử được hợp nhất thành một nguyên tử lớn hơn, một quá trình tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ dưới dạng nhiệt.

Sơ đồ mô tả phản ứng tổng hợp hạt nhân
Các nhà khoa học trên khắp thế giới đã nghiên cứu về loại phản ứng này trong nhiều thập kỷ với hy vọng tái tạo nó bằng một nguồn mới cung cấp năng lượng vô hạn, không có carbon (không có chất thải hạt nhân do các lò phản ứng hạt nhân hiện tại tạo ra). Các dự án nhiệt hạch chủ yếu sử dụng các nguyên tố deuterium và tritium – cả hai đều là đồng vị của hydro.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân khác với phân hạch hạt nhân như thế nào?​

Nhiều người thường nghĩ đến năng lượng hạt nhân với các tháp giải nhiệt hay các đám mây hình nấm, nhưng phản ứng tổng hợp hạt nhân lại hoàn toàn khác.
Nếu phản ứng tổng hợp kết hợp hai hoặc nhiều nguyên tử lại với nhau, thì phản ứng phân hạch là một quá trình ngược lại: đó là quá trình tách một nguyên tử lớn hơn thành hai hoặc nhiều nguyên tử nhỏ hơn.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là kết hợp hai hoặc nhiều nguyên tử lại với nhau
Phản ứng phân hạch hạt nhân là loại năng lượng cung cấp năng lượng cho các lò phản ứng hạt nhân trên khắp thế giới ngày nay. Nhiệt tạo ra từ việc phân tách các nguyên tử cũng được sử dụng để tạo ra năng lượng.
Năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng không phát thải nhưng nó tạo ra chất thải phóng xạ dễ bay hơi cần phải được lưu trữ an toàn vì có nhiều rủi ro. Các cuộc khủng hoảng hạt nhân mặc dù hiếm gặp nhưng đã từng xảy ra với những hậu quả nghiêm trọng như tại các lò phản ứng Fukushima và Chernobyl.
Còn phản ứng tổng hợp hạt nhân hầu như không có rủi ro này, và các vật liệu được sử dụng để cung cấp năng lượng cho nó có chu kỳ bán rã ngắn hơn nhiều so với phản ứng phân hạch.

Năng lượng tổng hợp hạt nhân cuối cùng sẽ được sử dụng như thế nào?​

Có hai cách chính để tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, nhưng cả hai đều có cùng một kết quả. Hợp nhất hai nguyên tử tạo ra một lượng nhiệt cực lớn, giữ chìa khóa để tạo ra năng lượng. Lượng nhiệt đó có thể được sử dụng để làm ấm nước, tạo hơi nước và quay tua-bin để tạo ra năng lượng – giống như cách phản ứng phân hạch hạt nhân tạo ra năng lượng.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể là chìa khóa cho vấn đề biến đổi khí hậu
Tuy nhiên, thách thức lớn của việc khai thác năng lượng nhiệt hạch là duy trì nó đủ lâu để nó có thể cung cấp năng lượng cho lưới điện và hệ thống sưởi ấm trên toàn cầu. Bước đột phá mà khoa học Mỹ tạo ra mặc dù rất đáng chú ý nhưng nó vẫn ở quy mô nhỏ hơn nhiều so với những gì cần thiết để tạo ra đủ năng lượng để vận hành một nhà máy điện, chưa nói đến hàng chục nghìn nhà máy điện.
“Để biến nó thành một nhà máy điện, chúng ta cần tạo ra nhiều năng lượng hơn – chúng ta cần nhiều năng lượng hơn một cách đáng kể.”

Bước tiếp theo là gì?​

Lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra thành công phản ứng tổng hợp hạt nhân dẫn đến thu được năng lượng ròng, thay vì hòa vốn như các thí nghiệm trước đây đã thực hiện. Điều này rất quan trọng nếu nhìn từ góc độ năng lượng.
Tiếp theo, các chuyên gia về năng lượng hạt nhân cần tìm ra cách tạo ra nhiều năng lượng hơn từ phản ứng tổng hợp hạt nhân ở quy mô lớn. Ngoài ra, vấn đề chi phí cho phản ứng tổng hợp hạt nhân cũng cần được tối ưu, để nó được sử dụng cho mục đích thương mại.
Cuối cùng là việc thu hoạch năng lượng do phản ứng tổng hợp tạo ra và chuyển nó vào lưới điện dưới dạng điện năng. Quá trình này có thể mất nhiều năm, thậm chí là nhiều thập kỷ trước khi nó tạo ra lượng năng lượng sạch không giới hạn và các nhà khoa học đang chạy đua với thời gian để chống biến đổi khí hậu.

>>>Mỹ đạt được đột phá trong phản ứng tổng hợp hạt nhân, tạo ra nguồn năng lượng vô tận

Nguồn CNN