Heli 3 - Năng lượng nhiệt hạch
cho tương lai
Heli (He) là nguyên tốtrong bảng tuần hoàn nguyên tốhoá học có kí
hiệu He và có sốhiệu nguyên tử2. Tên của nguyên tốnày bắt nguồn từHelios,
tên của vịthần Mặt trời trong thần thoại Hi Lạp, do nguồn gốc nguyên tốnày
được tìm thấy trong quang phổtrên Mặt trời. Các đồng vịcủa Heli có cùng số
proton, nhưng có sốnơtron khác nhau trong nguyên tử, Heli có hai đồng vị
chủyếu (2He, 3He).
Heli được dùng để dùng trong các bóng thám không và khí cầu nhỏdo tỷ
trọng riêng nhỏhơn tỷtrọng của không khí, và nhưchất lỏng làm lạnh cho nam
châm siêu dẫn. Đồng vịHeli 3 (3He) có nhiềuứng dụng trong cuộc sống, và một
trong những ứng dụng đó là nguồn năng lượng nhiệt hạch.
Năng lượng hạt nhân thu được dựa trên quá trình phân rã hạt nhân
lớn như:Urani… thành nhiều hạt nhân nhỏhơn. Ngược lại, trong phảnứng nhiệt
hạch, 2 hạt nhân nhỏhơn kết hợp thành hạt nhân lớn hơnđồng thời giải phóng ra
nguồn năng lượng. Phảnứng xảy ra trong lò ITER la sựkết hợp hai đồng vịhydro:
Deuterium và Tritium. Tritium có tính phóng xạ, lại là một thành phần của vũkhí
hạt nhân nên cần hết sức thận trọng khi sửdụng nó, hơn nữa, các nơtron có tính
linh động cao được sinh ra có tính linh động cao được sản sinh ra từphảnứng
Deuterium - Tritium sẽ đập vào thành lò phảnứng và gây ra thiệt hại vềcấu trúc
của lò. Người ta hy vọng có thểthay thếthành lò ITER thường xuyên, cứ1 dến 2
năm 1 lần.
Lò phảnứng nhiệt hạch đầu tiên có tên là International
Thermonuclear experimental Reactor (ITER) đã được khởi công tại Cadarache,
Pháp, với dư định tạo ra Plasma 100 triệuđộ vào năm 2016. Tuy nhiên, có lẽtrong
vòng 20 năm tới, nhà máy điện sửdụng năng lượng nhiệt hạch cũng chưa thểxuất
hiện.
Các nhà khoa họcđã chứng minh: chỉcần 40 tấn Heli 3 là có thểcung cấp
năng lượng cần thiết cho nhu câu điện năng của của Hoa kỳtrong suốt 1 năm.
Heli 3 là một dồng vịnhẹcủa nguyên tốheli, thường được sửdụng trong các phản
ứng ởnhiệtđộ cao, heli 3 các hạt nhân khác giải phóng nhiều với các hạt nhân khác
giải phóng nhiều năng lượng hơn trong khi đó thải ra rất ít chất thải so với các
phảnứng hạt nhân thông thường. Tuy nhiên, trên Trái đất, heli 3 là “của hiếm”. nó
thưòng được hình thành dưới dạng của sản phẩm phụcủa vũkhí hạt nhân. Người
ta có thểphải trảtới 1000 USD cho một gram heli 3. Gió mặt trời là nguồn cung cấp
heli 3 tương đốiổnđịnh, nhưng việc thu được heli 3 từgió mặt trời là cực khó, bởi
từtrường của Trái đấtđẩy chúng đi xa. Tuy nhiên, Mặt trăng lại là nguồn heli 3 cực
kì rồi rào, vì suốt 4,5 tỉnăm nay, nó đã “cần mẫn” thu nhận khoảng 1 triệuđến 5
triệu tấn heli 3 từgió mặt trời. Mặc dù vậy, để thu nhậpđược heli 3 từMặt trăng
không dễdàng chút nào: phải xửlý hàng trăm triệu tấnđấtđá để có được 1 tấn
heli 3.
Gerald Kulcínki, giám đốc Viện công nghệnhiệt hạch tạiĐại học Wisconin
(Mỹ), cùng các cộng đòng nghiệpđã thiết kếmột hệthống máy móc có thểdi
chuyểnđược trên bềmặt của Mặt trăng để lấy “đất” trên đó và sửdụng ánh sáng
mặt trời tập trung để làm nóng tới nhiệtđộ 1.300 độ F (700oC). Kulcinski ước tính
cỗmáy của ông có thểsản xuấtđược lượng năng lượng lớn gấp 3 lần năng lượng
mà nó tiêu tốnđể thực hiện công việc này ( bao gồm cảnăng lượng đến mặt trăng
rồi quay trởlại). Ông tính toán rằng họsẽtốn khoảng 800 triệuđôla để mang mỗi
tấn Heli 3 vềTrái đất, bù lại có thểbán mỗi tấn Heli 3 với giá 10 tỉ đôla!
Mặc dù Heli 3 là một nguồn năng lượng nhiệt hạch sạch, tạo ra ít chất thải,
tuy nhiên, để giấc mơ“năng lượng Heli 3” thành sựthực, ngoài sựkhan hiếm, các
nhà khoa học còn phảiđối diện với một khó khăn khác: rất khó đốt cháy heli 3.
Để đốt cháy heli 3, cần có năng lượng còn cao hơnđể đốt cháy đồng vịHyđro.
Kulcinski đưa ra cách tạo phảnứng nhiệt hạch Inertial Electrostalic Confinement
(IEC) (tạm dịch là vây hãm điện tĩch quán tính), không sửdụng từtường để giữ
plasma nóng nhưITER, mà sửdụng phương pháp đẩy các hạt nhân nhờ điện
trường. Tuy nhiên, trong các thửnghiệm này, nguồn năng lượng đầu vào của phản
ứng nhiệt hạch IEC đều lớn hơn nhiều so với năng lượng mà nó tạo ra . Chính vì
thế, hầu hết các nhà nghiên cứuđềuđồng tình rằng heli -3 chưa thểlà nghiên cứu
đềuđồng tình rằng heli 3 chưa thểlà nhiên liệuđầu tiên được sửdụng trong các lò
phảnứng nhiệt hạch. Mặc dù vậy, loài người vẫn rất lạc quan Heli 3 sẽtrởthành
nguồn cung cấp năng lượng quan trọng trong tương lai.
Bom khinh khí hoạtđộng như
thếnào
Bom Kinh khí còn gọi là bom H(bom nhiệt hạch) :
+ Cấu tạo bởi 2 phần chính : bên trong là 1 bom A ( bom
nguyên tửhay bom phân hạch) có vai trò ngòi nổtạođiều
kiện cho phảnứng tổng hợp hạt nhân , xung quanh là 1 lớp vỏchứa các vật
chấtđể tổng hợp hạt nhân , khi bom A nổsẽ đưa nhiệtđộ lên đến hàng trăm
triệuđộ, khi đó sẽdẫnđến sựtổng hợp hạt nhân 1 trong đó là sựkết hợp
giữa Li và H tao ra Heli cuối cùng tạo ra năng lượng , Bom H mạnh hơn bom A
hàng trăm lần , sức công phá của nó bằng hàng triệu tấn thuốc nổ.
Dưới nhiệtđộ cực cao, hàng trăm triệuđộ bách phân(°C), hai nguyên tửH có
thểhợp nhân để hình thành một nguyên tửHeli. Nguyên lý bảo toàn khối lượng
không được bảo toàn, khối lượng của Heli không bằng tổng khối lượng của hai H
thành phần, nghĩa là bịhụt khối. Khối lượng hao hụtấyđã biến thành năng lượng
dưới dạng nhiệt.Đấy là nguyên lý chếtạo bom H, còn gọi là bom khinh khí, bom
nhiệt hạch hay bom hợp hạch. Đó cũng là nguyên lý của việc phát sinh năng lượng
của mặt trời và các vì sao.
Bom nguyên tử( bom A, bom phân hạch) sửdụng nguyên liệu Uranium, bị
giới hạn bởi khối lượng tới hạn, nên không thểchếtạo lớn hơn ngưỡng xác định,
sức công phá được tính ởtầmđơn vịkiloton ( nghĩa là tương đương hàng ngàn tấn
thuốc nổTNT thông thường).
Bom H do không bịgiới hạn bởi khối lượng tới hạn, nên có thểchếtạo lớn cỡnào
cũng được,vảlại nguyên liệu Hydro dồi dào vô tận, nên sức công phá lớn gấp hàng
ngàn lần bom nguyên tử, tính bằng đơn vịmegaton ( triệu tấn TNT).
Để có được nhiệtđộ cao để kích hoạt phảnứng hợp hạch dây chuyền, người ta
dùng một quảbom nguyên tửnổmồi, đấy là kỹthuật cổ điển, vềsau người ta dùng
tia Laser, gọn nhẹhơn và…sạch hơn.