Các nhà khoa học đã phát hiện ra một kiểu phản ứng tổng hợp hạt nhân mới, bảo đảm có được hiệu suất năng lượng cao và tận dụng được nước biển không mất tiền mua làm nhiên liệu. Các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia (Mỹ) đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm mô phỏng trên máy tính và ch...
Các nhà khoa học đã phát hiện ra một kiểu phản ứng tổng hợp hạt nhân mới, bảo đảm có được hiệu suất năng lượng cao và tận dụng được nước biển không mất tiền mua làm nhiên liệu.
Các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia (Mỹ) đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm mô phỏng trên máy tính và cho rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân với hiệu suất khuếch đại rất cao (tức năng lượng đầu ra lớn hơn nhiều so với năng lượng đầu vào) có thể thực hiện được nhờ một container hình trụ đốt quá nhiệt đặt trong một từ trường mạnh.
Những tính toán chứng tỏ rằng loại máy phát điện mới này sản xuất ra một lượng năng lượng nhiều gấp bội so với năng lượng cần thiết để khơi mào cho phản ứng. Phương pháp mới hiệu quả hơn gấp 50 lần so với sử dụng tia rơnghen nguy hiểm.
Một trong những tác giả của phát minh này là Steve Sluts nói: “Chắc không ai tin là hiệu suất của phản ứng “tổng hợp từ hỏa theo quán tính” (magnetized inertial fusion (viết tắt MIF), nhưng các tính toán toán học của chúng tôi đã khẳng định. Bây giờ chúng tôi cần phải thực hiện điều đó. Bản thân tôi không thấy một trở ngại nào trong việc thực hiện thành công thí nghiệm”.
Thiết bị tổng hợp từ hỏa theo quán tính trên mô hình máy tính.
Hình mẫu của thiết bị MagLIF sẽ được thử nghiệm và nhứng kết quả đầu tiên các kết quả đầy hứa hẹn của máy tình sẽ được công bố vào cuối năm 2013.
Công nghệ mới tổng hợp hiệu suất cao có thể sản sinh được năng lượng sạch về mặt sinh thái với một lượng lớn hơn rất nhiều so với năng lượng tiêu tốn để duy trì phản ứng. Khi mô hình hóa, năng lượng đầu ra vượt năng lượng đầu vào đến 100 lần - khi cường độ dòng vào là 60 triệu ampe. Còn nếu như cường độ của dòng điện vào nâng lên được 70 triệu ampe thì dòng ra tăng lên đến 1.000 lần.
Phương pháp “tổng hợp từ hóa theo quán tính” MIF dựa trên việc nén một lượng nhỏ nhiên liệu trong khoảng một vài nanogiây. Trong tương lai nó cho phép bảo đảm việc cung cấp điện năng một cách đáng tin cậy bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu vừa rẻ (thậm chí không mất tiền) vừa dễ kiếm trên hành tinh của chúng ta là nước biển.
Hiện nay, trong phòng thí nghiệm các nhà khoa học chưa thành công trong việc nâng cao được năng lượng đầu ra so với đầu vào, vì mới chỉ tạo ra được cường độ của dòng vào là 26 triệu ampe. Mặc dù rằng thiết bị của phòng thí nghiệm Sandia được đốt nóng bằng nhiên liệu hạt nhân (deuteri, triti) khi nén (trong khoảnh khắc của quá trình phản ứng MIF) và sử dụng từ trường để giảm tổn thất nhiệt.
Từ trường tác dụng giống như một “tấm rèm” để ngăn những hạt tích điện thoát ra khỏi vùng phản ứng và làm giảm năng lượng của nó. Quá trình dựa trên một trong laser cường độ tương đối thấp để đốt nóng hỗn hợp khí deuteri và triti. Sự đốt nóng ấy chỉ đủ để cung cấp nhiệt cho phản ứng.
Việc thử nghiệm thiết bị để kiểm tra lại những số liệu mô hình hóa của máy tính đã được khởi động và những kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm loại phản ứng tổng hợp hạt nhân mới được mọi người nôn nóng chờ đợi vào cuối năm 2013.
Các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, Mỹ, công bố một hướng nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân mới, hứa hẹn tạo ra năng lượng vượt xa mức đầu vào cần thiết. Điểm đáng chú ý nằm ở khả năng sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc từ nước biển, nguồn tài nguyên phổ biến, rẻ và gần như không mất chi phí khai thác. Nếu được chứng minh bằng thí nghiệm thực tế, công nghệ này có thể mở thêm một con đường sản xuất điện lớn, ổn định và sạch hơn về mặt sinh thái.
Nhóm Sandia phát triển ý tưởng bằng hàng loạt thí nghiệm mô phỏng trên máy tính, tập trung vào một container hình trụ chứa nhiên liệu được đốt quá nhiệt trong từ trường mạnh. Cấu hình ấy tạo nên phương pháp mang tên tổng hợp từ hóa theo quán tính, thường được gọi bằng viết tắt MIF, hay magnetized inertial fusion. Các tính toán cho thấy thiết bị có thể tạo lượng năng lượng lớn hơn nhiều lần so với năng lượng cần thiết để khởi động phản ứng tổng hợp.
Theo mô hình, MIF đạt hiệu quả cao hơn khoảng 50 lần so với phương pháp sử dụng tia rơnghen nguy hiểm, vốn từng được xem xét trong những hướng nghiên cứu khác. Steve Sluts, một trong các tác giả, thừa nhận nhiều người có thể khó tin vào mức hiệu suất đặc biệt của phản ứng tổng hợp từ hóa theo quán tính. Tuy nhiên, ông cho rằng các phép tính toán học đã xác nhận triển vọng ấy, đồng thời không nhìn thấy trở ngại nào ngăn thí nghiệm đạt kết quả thành công.
Trong thiết kế mô phỏng, một lượng nhiên liệu rất nhỏ bị nén trong khoảng thời gian chỉ vài nanogiây, đủ tạo điều kiện cho phản ứng tổng hợp diễn ra. Nhiên liệu hạt nhân được đề cập gồm deuteri và triti, hai dạng đồng vị hydro, được đốt nóng rồi nén nhanh trong vùng phản ứng có từ trường hỗ trợ. Từ trường hoạt động giống một tấm rèm vô hình, giữ các hạt tích điện bên trong, hạn chế thất thoát nhiệt và bảo toàn năng lượng cho quá trình tổng hợp.
Mô hình máy tính dự đoán năng lượng đầu ra có thể cao gấp 100 lần năng lượng đầu vào khi cường độ dòng điện đưa vào đạt 60 triệu ampe. Nếu nâng cường độ dòng điện lên 70 triệu ampe, mức khuếch đại được dự báo tăng tới 1.000 lần, tạo chênh lệch rất lớn giữa năng lượng thu được và năng lượng khởi động. Những con số này giải thích vì sao MIF được xem là một kiểu phản ứng tổng hợp hạt nhân mới giàu tiềm năng, dù vẫn cần kiểm chứng bằng thiết bị thật.
Nguyên lý của hệ thống dựa trên một laser có cường độ tương đối thấp, dùng để đốt nóng hỗn hợp khí deuteri và triti bên trong cấu trúc phản ứng. Mức gia nhiệt không nhằm cung cấp toàn bộ năng lượng cho quá trình, mà chủ yếu tạo điều kiện nhiệt cần thiết để phản ứng tổng hợp bắt đầu. Sau đó, quá trình nén cực nhanh cùng từ trường mạnh phối hợp, giúp nhiên liệu đạt trạng thái thích hợp trong thời gian ngắn.
Dù mô phỏng cho kết quả ấn tượng, phòng thí nghiệm Sandia khi ấy vẫn chưa nâng năng lượng đầu ra vượt năng lượng đầu vào trong thực tế. Thiết bị mới chỉ tạo được dòng điện đầu vào 26 triệu ampe, thấp hơn đáng kể so với các mức 60 triệu và 70 triệu ampe trong những dự báo lạc quan. Khoảng cách giữa mô hình và thí nghiệm vì thế trở thành thử thách quan trọng, đòi hỏi nhóm nghiên cứu phải kiểm tra từng giả định kỹ thuật.
Các nhà khoa học đã khởi động việc thử nghiệm hình mẫu thiết bị MagLIF, nhằm đối chiếu những dự đoán trên máy tính với kết quả thu được trong phòng thí nghiệm. Những kết quả đầu tiên được chờ đợi công bố vào cuối năm 2013, thời điểm được kỳ vọng làm rõ khả năng hiện thực hóa thiết kế. Nếu vượt qua giai đoạn kiểm chứng, MIF có thể hướng tới nguồn điện đáng tin cậy, tận dụng nước biển để cung cấp nguyên liệu dồi dào cho tương lai.
