Đột phá công nghệ: Năng lượng nhiệt hạch có kịp ‘cứu’ thế giới?

Bộ Năng lượng Mỹ hôm 13-12 đã công bố một bước đột phá trong thế kỷ về việc tạo ra năng lượng nhiệt hạch. Cách thức hoạt động của loại năng lượng mới này giúp ích được gì cho thế giới?

Một kỹ thuật viên bên trong Phòng thí nghiệm quốc gia – Ảnh: AP

Các nhà khoa học tại Cơ sở Đánh lửa quốc gia (NIF) của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore có trụ sở tại bang California, lần đầu tiên đã tạo ra thành công “mức tăng năng lượng ròng” bằng cách sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân trong phòng thí nghiệm.

Năng lượng gấp 4 triệu lần đốt than, dầu, khí đốt

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã thử nghiệm bơm vào các lò phản ứng nhiệt hạch nhiều năng lượng, nhưng tổng năng lượng mới được tạo ra trong quá trình này lại ít hơn.

Vào ngày 5-12-2022, các nhà khoa học của NIF đã tiến hành thí nghiệm nhiệt hạch có kiểm soát đầu tiên trong lịch sử, trong đó năng lượng được tạo ra từ phản ứng tổng hợp nhiều hơn năng lượng laze được sử dụng để điều khiển nó.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thế năng lớn hơn tất cả các nguồn năng lượng khác mà chúng ta biết. Nó có thể giải phóng năng lượng nhiều hơn gần 4 triệu lần so với các phản ứng hóa học như đốt than, dầu hoặc khí đốt.

Ngoài ra, phản ứng này cho năng lượng gấp 4 lần so với phản ứng phân hạch hạt nhân – quy trình hiện đang được sử dụng trong tất cả các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới.

Hạt nhân mới “ít” phóng xạ

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thực sự là một giải pháp thay thế “xanh hơn” cho những gì chúng ta đang làm hiện nay không? Chúng ta đã tiến xa đến đâu trong việc tạo ra điện từ quá trình này?

Để tìm hiểu, Đài truyền hình Đức DW đã đến thăm Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER), một dự án hợp tác lớn giữa các chuyên gia tổng hợp hạt nhân từ 35 quốc gia.

Ông Pietro Barabaschi, tổng giám đốc ITER, hứa hẹn tương lai của năng lượng nhiệt hạch rất tươi sáng.

Ông Pietro Barabaschi, tổng giám đốc Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế – Ảnh: DW

Hiện nay, tất cả các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới đều sử dụng lò phản ứng phân hạch để tạo ra điện.

Tuy nhiên, đây không phải là nguồn nhiên liệu phổ biến ở hầu hết các quốc gia do lo ngại của công chúng về bức xạ có hại. Các tai nạn như thảm họa Chernobyl, cuộc khủng hoảng tại Fukushima và cuộc khủng hoảng một phần đảo Three Mile của Mỹ luôn ám ảnh họ.

Ông Akko Maas – chuyên viên kỹ thuật của ITER – người đã gắn bó với dự án từ những ngày đầu tiên – cho biết sự khác biệt chính giữa phân hạch hạt nhân và nhiệt hạch là tính phóng xạ của nhiên liệu mà mỗi phương pháp tạo ra.

Trong phản ứng phân hạch, uranium và plutonium đều có tính phóng xạ. Và một khi đã lấy được năng lượng từ chúng, vẫn còn lại chất phóng xạ.

Trong khi đó, hai vật liệu cơ bản được coi là hiệu quả nhất đối với năng lượng nhiệt hạch, thì đơteri không có phóng xạ, nhưng tritium có. Tuy nhiên, bức xạ của nó tương đối yếu và tồn tại trong thời gian ngắn.

Ngay cả ở quy mô công nghiệp, có thể giới hạn độ phóng xạ từ phản ứng tổng hợp xuống còn 100-200 năm. Điều này dễ quản lý hơn nhiều so với việc nói về 40.000 năm mà chúng ta thấy trong phản ứng phân hạch.

30 năm tới, hy vọng có nhà máy điện nhiệt hạch?

Tuy nhiên về mặt kỹ thuật, rất khó để đạt được phản ứng nhiệt hạch tự duy trì và ổn định.

Theo giám đốc Barabaschi, để đạt được phản ứng tổng hợp trên Trái đất, các chất khí cần được nung nóng đến nhiệt độ cực cao khoảng 150 triệu độ C, gấp khoảng 10 lần nhiệt độ của lõi Mặt trời.

Thách thức mà các nhà khoa học đang phải vật lộn hiện nay là làm thế nào để sản xuất loại nhiên liệu này ở quy mô lớn hơn.

Việc plasma chỉ cháy đến một điểm nhất định mang lại lợi thế an toàn – Ảnh: PA

Giám đốc Barabaschi nói rằng việc chuyển từ một thí nghiệm nhiệt hạch sang một lò phản ứng phát điện cũng giống như chuyển từ đốt củi sang một nhà máy điện than.

Mặc dù đây là một thách thức lớn, nhưng ông lạc quan rằng lò phản ứng thử nghiệm tại ITER sẽ hoạt động vào cuối thập kỷ này và có thể giúp thiết lập một nhà máy điện thử nghiệm trong 30 năm tới.

Năng lượng nhiệt hạch chắc chắn không thể giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng trong mùa đông này và nó sẽ không giúp cắt giảm khí thải sớm.

GIA MINH