Tái tạo năng lượng mặt trời bằng phương pháp tổng hợp hạt nhân

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

78
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các nhà nghiên cứu người Đức tin rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể tạo ra một nguồn năng lượng rất lớn và họ cũng đang xây dựng một lò phản ứng đồ sộ có thể tạo nên năng lượng theo cách chúng được tạo ra trên mặt trời.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tái tạo năng lượng mặt trời bằng phương pháp tổng hợp hạt nhân

Tái tạo năng lượng mặt trời bằng phương pháp tổng hợp hạt nhân Các nhà nghiên cứu người Đức tin rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể tạo ra một nguồn năng lượng rất lớn và họ cũng đang xây dựng một lò phản ứng đồ sộ có thể tạo nên năng lượng theo cách chúng được tạo ra trên mặt trời. Nhìn thoáng qua, thiết bị này trông giống như bị rớt từ trên trời xuống và tiếp đất với một khối móp méo xộc xệch. Nhưng thực tế thì tất cả các bộ phận của lò phản ứng Wendelstein 7-X tại Greifswald, CHLB Đức. Thiết kế của nó không có hình dạng ngay thẳng hoặc đối xứng. Giữa các đối tượng là những vòng tròn kim loại lớn với đường kính 2m. Chúng sẽ được uốn lại và định hình với kích thước milimet. Theo giám sát kỹ thuật xây dựng lò Wendelstein 7-X, Lutz Wegener,
những chiếc vòng kinh loại sẽ đóng một vai trò quyết định trong quá trình tổng hợp hạt nhân. "Mỗi cuộn dây từ sẽ sản sinh ra một từ trường và khi đặt tất cả các cuộn dây từ cùng nhau, chúng sẽ tạo ra một ống từ có kích thước gấp 3 lần để giữ dòng plasma nóng tổng hợp bên trong. Plasma cần những điều kiện tốt nhất: Nhiên liệu của quá trình tổng hợp hạt nhân là plasma, được tạo nên khi một lớp khí hydro hỗn hợp siêu mỏng được tác động bởi áp suất cao và nhiệt năng lớn. Các nơtron Hydro sẽ biến hình và trở thành các hạt tích điện. Đây là một quá trình tương tự khiến mặt trời sản sinh ra năng lượng. Theo giáo sư Robert Wolf, giám sát tối ưu lò phản ứng Wendelstein 7-X, thì nguyên tắc tạo ra plasma khá đơn giản: khi vật chất được đốt nóng, nó sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng, nếu cung cấp thêm nhiều nhiệt, nó sẽ chuyển tiếp từ lỏng sang khí và thêm nhiệt nữa thì chuyển thành vật chất plasma. Quá trình trên bao gồm 2 đồng vị Hydro - Đơteri và Triti - và chúng dẫn đến sự hình thành của khí Heli và các nơtron tự do. Không giống các nơtron bình thường,
nơtron tự do mang theo điện tích và năng lượng này có thể chuyển thành điện. Một ưu điểm trong phản ứng trên là vật liệu thô luôn có sẵn và dường như không giới hạn. Đơteri có thể dễ dàng thu được từ nước và Triti có thể được sản xuất từ Lithi. Với mỗi gram tổng hợp hạt nhân thì năng lượng sinh ra sẽ tương đương với 11 tấn than. Ngoài ra, quá trình tổng hợp cũng không thải ra độc chất CO2, không phóng xạ nguy hiểm và không có nguy cơ gây nổ. Một kỹ thuật phức tạp: Trông có vẻ đơn giản nhưng thực sự, quá trình này ẩn chứa rất nhiều cạm bẫy song song với việc tái tạo một mặt trời bên trong lò phản ứng hạt nhận. Nhiệt độ yêu cầu tối thiểu cho phản ứng xảy ra là 100 triệu độ C, một con số thật không tưởng. Điều đáng lo ngại tiếp theo khi vận hành là plasma sẽ có xu hướng tiếp xúc với bức tường bao ngoài của lò trong suốt quá trình tổng hợp, do đó, áp lực buộc quá trình phải tạm ngừng. Để ngăn ngừa điều này xảy ra, 70 cuộn dây từ khổng lồ sẽ được thiết lập để tạo ra một chiếc lồng từ tính ổn định. Vì vậy, chúng cũng đòi hỏi những nam châm siêu mạnh. Khi hoạt động hết công suất, 100 tấn từ lực sẽ được đặt trọng tâm bên trong một khung thép có kích thước chỉ bằng cánh tay người. Các nam châm sẽ được làm lạnh tới nhiệt độ âm 269 độ C bằng Heli lỏng khiến chúng có khả năng siêu dẫn và cho phép điện lượng cần thiết truyền qua mà không gặp trở ngại nào. Đây là cách duy nhất để sản xuất đủ điện lượng trong một thời gian đủ ng ắn để thu được plasma cháy tại nhiệt độ 100 triệu độ C.
Hình thức tổng hợp hạt nhân trong lò phản ứng trên được biết đến như là một dạng Stellarator - Stellarator là một thiết bị được sử dụng để giam plasma nóng trong từ trường để duy trì khả năng kiểm soát phản ứng tổng hợp hạt nhân. Stellarator do Lyman Spitzer sáng chế và những thiết bị đầu tiên đã được thiết lập tại phòng thí nghiệm vật lý plasma Princeton vào năm 1951. Kiểu tổng hợp hạt nhân trên đã giải quyết vấn đề mà các lò tổng hợp Tokamak phải đối mặt. Các lò Tokamak thường được các nhà vật lý sử dụng cho đến tận ngày nay kể từ khi ra đời vào những năm 1950 do hình dạng đơn giản của chúng rất dễ để chế tạo. Nhưng theo Lutz Wegener, lò Tokamak chỉ có thể đốt cháy plasma trong vòng từ 10 đến 30 giây 1 lần. Kể cả các lò Tokamak tiên tiến trên thế giới cũng chỉ đạt đến thời gian 1 vài phút. Vì vậy, thời gian đốt cháy không đủ để tạo ra nguồn năng lượng triển vọng trong tương lai. Theo giáo sư Robert Wolf thì "trở ngại lớn nhất hiện giờ đối với công tác nghiên cứu là chúng ta vẫn chưa phát triển một nhà máy điện tổng hợp hạt nhân nào." Nhưng ngay cả khi dự án được đầu tư tới 430 triệu EUR này không thể cung cấp năng lượng thì mục đích còn lại là nó có thể chứng minh rằng sự tổng hợp hạt nhân có thực sự khả thi hay không.
Bạn có biết? Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất (bên cạnh các trạng thái thường thấy như rắn, lỏng, khí) trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Hầu hết phân tử và nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân; các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt nhân. Mặc dù plasma không phổ biến trên trái đất nhưng 99% vật chất trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma và có thể nói plasma là trạng thái đầu tiên trong 4 trạng thái vật chất. Nếu sự ion hóa xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài như các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là plasma nguội. Mặt khác, nếu sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng. Khi nhiệt độ tăng dần, electron bị tách ra khỏi nguyên tử và nếu nhiệt độ lớn hơn, toàn bộ nguyên tử bị ion hóa. Ở nhiệt độ rất cao, các nguyên tử bị ion hóa hết mức chỉ còn hạt nhân và các electron đã tách rời khỏi hạt nhân.