Thăm siêu phòng thí nghiệm tạo sao trên Trái đất

Ẩn sau vẻ ngoài giống một tòa nhà thông thường, cơ sở National Ignition Facility, viết tắt NIF, tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở California đang theo đuổi một mục tiêu đặc biệt táo bạo. Các nhà khoa học muốn tạo ra một “ngôi sao thu nhỏ” ngay trên Trái đất, qua đó tìm lời giải cho nguồn năng lượng tương lai vừa dồi dào, vừa an toàn hơn. Theo Daily Mail, dự án trị giá khoảng 3,5 tỉ USD đã tiến gần hơn tới tham vọng xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch khả dụng đầu tiên trên thế giới vào năm 2012. Trong những tuần gần thời điểm được đưa tin, NIF liên tiếp thực hiện các thử nghiệm then chốt, nhằm kiểm tra khả năng tạo ra điều kiện cực đoan cần thiết cho phản ứng nhiệt hạch. Ngày 2/11, các chuyên gia tại đây bắn đồng thời 192 tia laser vào trung tâm lò phản ứng, nơi đặt một bia đặc biệt có cấu tạo bằng hộp thủy tinh chứa khí triti và đơteri. Triti được ký hiệu là T, còn đơteri được ký hiệu là D, và năng lượng kỳ vọng xuất hiện khi hạt nhân của hai đồng vị hydro này kết hợp với nhau. Kết quả thử nghiệm tạo ra mức năng lượng được mô tả là lập kỷ lục thế giới, đạt cường độ 1,3 triệu Mega Jun, cùng nhiệt độ bức xạ cực đại gần 3,3 triệu độ C. Con số này vẫn thấp hơn nhiệt độ gần 15 triệu độ C tại khu vực trung tâm Mặt trời, nhưng cho thấy laser trên Trái đất có thể tái tạo một phần điều kiện dữ dội trong các ngôi sao. Dù đạt thành tích ấn tượng, thí nghiệm ngày 2/11 chưa tạo được phản ứng nhiệt hạch tự duy trì, nghĩa là quá trình chưa thể tiếp tục ổn định sau khi năng lượng kích hoạt ban đầu kết thúc. Đây là hạn chế quan trọng, bởi một lò phản ứng thực tế phải tạo ra năng lượng liên tục, thay vì chỉ phát ra một xung năng lượng mạnh trong thời gian rất ngắn. Tuy nhiên, đội ngũ NIF vẫn tỏ ra lạc quan, vì mỗi thử nghiệm cung cấp thêm dữ liệu giúp họ điều chỉnh chùm laser, vật liệu mục tiêu và điều kiện nén trong những lần tiếp theo. Nỗ lực biến ý tưởng này thành hiện thực bắt đầu từ năm 1997, khi NIF được khởi công như một dự án khoa học quy mô lớn của Mỹ. Cơ sở này là sản phẩm của Cục An ninh hạt nhân quốc gia thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, đồng thời được xem là dự án xây dựng liên quan đến laser lớn nhất thế giới. Kích thước gây ấn tượng của NIF không chỉ nằm ở các thiết bị laser, mà còn thể hiện trong hệ thống điều khiển phức tạp, có nhiệm vụ phối hợp hàng trăm nguồn năng lượng với độ chính xác cực cao. Phòng kiểm soát của cơ sở được thiết kế mô phỏng Phòng kiểm soát sứ mệnh của NASA ở Houston, Texas, tạo nên không gian vận hành giống một trung tâm điều hành các nhiệm vụ vũ trụ. Bên trong phòng này, hệ thống điều khiển máy tính tích hợp xử lý nhiều tác vụ đồng thời, từ giám sát thiết bị đến căn chỉnh hướng đi của các chùm tia laser. Phát ngôn viên NIF cho biết khoảng 850 máy tính hoạt động cùng lúc để sắp xếp những chùm laser hội tụ vào một phạm vi chỉ rộng 50 micromét. Độ chính xác ấy rất quan trọng, vì chỉ một sai lệch nhỏ trong vị trí hoặc thời điểm cũng có thể làm giảm hiệu quả nén, khiến phản ứng nhiệt hạch không đạt điều kiện cần thiết. Nhiệt hạch khác với phân hạch, quy trình đang được sử dụng tại các nhà máy điện hạt nhân, trong đó hạt nhân nguyên tử nặng bị tách ra để giải phóng năng lượng. Phân hạch từng gắn với những tai nạn nghiêm trọng, trong đó có thảm họa rò rỉ chất phóng xạ Chernobyl năm 1986, còn nhiệt hạch được đánh giá là an toàn và tương đối “sạch” hơn. Dù vậy, những ưu điểm này vẫn phụ thuộc vào khả năng duy trì phản ứng ổn định, kiểm soát vật liệu nhiên liệu và xây dựng hệ thống đủ hiệu quả cho sản xuất điện quy mô lớn. Đội ngũ quản lý NIF từng ước tính một phiên bản nguyên mẫu của trạm điện nhiệt hạch có thể bắt đầu vận hành vào năm 2020, nếu các bước nghiên cứu đạt tiến triển như kỳ vọng. Xa hơn, đến năm 2050, nguồn năng lượng nhiệt hạch được dự đoán có thể cung cấp gần một phần tư tổng năng lượng tiêu dùng tại Mỹ, mở ra triển vọng thay đổi đáng kể bản đồ năng lượng.