Tìm Hiểu Về Điện Nhiệt Hạch

Ngày 26-4-1986, nhà máy điện hạt nhân có 4 lò phản ứng ở thị trấn Chernobyl, Ukraina, đã phát nổ. Vụ nổ do kỹ thuật yếu kém của Liên Xô. Phóng xạ lớn gấp 4 lần so với trái bom nguyên tử thả xuống đảo Hiroshima của Nhật năm 1945. Tổ chức Hòa Bình Xanh (Greenpeace) đưa ra những con số: 93,000 người chết, 200,000 người bị nhiễm phóng xạ.

Thảm họa của nhà máy điện hạt nhân Fukushima ở Nhật năm 2001. Ngày 11-3-2011, động đất gây ra sóng thần làm nổ nhà máy, gây ra thiệt hại nặng nề. Không có con số tử vong chính xác. Đã có 12,000 người nạp đơn kiện công ty Tersa là chủ nhà máy, và kiện chính phủ, đòi bồ thường thiệt hại là một tỷ USD.

Năng lượng nhiệt hạch và địa nhiệt là gì?

Năng lượng nhiệt hạch (Nuclear Fission) là dùng sức nóng “khủng khiếp” do lò phản ứng nhiệt hạch tạo ra để quay turbine của máy phát điện, tạo ra điện thông thường như điện nhà 117V, 220V, điện 3 pha ở các nhà máy, công xưởng. Quy trình này cũng tương tự như trong các nhà máy điện sử dụng năng lượng là dầu, than đá, khí đốt hay năng lượng phân hạch chất uranium trong các nhà máy điện hạt nhân.

Năng lượng địa nhiệt là dùng sức nóng trong ruột trái đất để tạo ra điện. Nhiệt độ trong ruột trái đất rất cao, làm tan mọi thứ thành chất lỏng sền sệt. Đá xanh, kim loại cũng bị biến thành chất sền sệt, đó là phún thạch do núi lửa phun ra. Theo các nhà địa chất, ở độ sâu 33 mét từ mặt trái đất, nhiệt độ tăng 1 độ C. Ở độ sâu 60Km, sức nóng lên tới 1,800 độ C. Ở độ sâu 30Km sẽ có đủ sức nóng để tạo ra điện cho cả thế giới.

Sức nóng là yếu tố căn bản để tạo ra điện

Phương thức của việc sản xuất ra điện có những thiết bị giống nhau. Đó là sức nóng làm cho nước sôi, biến thể lỏng ra thể khí, là hơi nước. Hơi nước bị nén, làm cho những cánh quạt của trục turbine chạy để phát ra điện. Tuy nhiên những nguyên liệu nầy thải ra khi carbonic (C02) rất nguy hiểm đối với sức khỏe con người và làm ô nhiễm môi trường. Dùng chất uranium để tạo ra sức nóng làm turbine chạy, phát ra điện. Tuy nhiên, uranium phát ra phóng xạ giết người. Động đất, sóng thần, kỹ thuật kém, quản lý kém… làm nổ nhà máy điện, phóng xạ lan ra ngoài.

Vì thế, cả thế giới đang nỗ lực hợp tác để tạo ra sức nóng làm năng lượng xanh, vừa an toàn, ít tốn kém và tạo ra điện không hạn chế. Đến nay, chưa có nguồn điện nào được tạo ra bằng năng lượng xanh nầy. Các nhà khoa học trên 35 quốc gia hợp tác xây dựng lò phản ứng ITER. (ITER= International Thermonuclear Experimental Reaction) trị giá 30 tỷ USD, tại Saint-Paul-lez-Durance, Pháp.

Phản ứng nhiệt hạch

Tờ Newsweek loan tin, phản ứng nhiệt hạch là quá trình kết hợp hai nguyên tử hạt nhân nhẹ để tạo ra một nguyên tử hạt nhân nặng hơn. Đó là ở nhiệt độ cực kỳ nóng, và áp suất cực kỳ cao, khiến cho các nguyên tử hydro hợp lại thành nguyên tử Heli, vì thế phản ứng nhiệt hạch còn được gọi là phản ứng hợp hạch.

Cụ thể là lò phản ứng Norman của công ty TAE Technologiy (TAE=Tri Alpha Energy) làm nóng khí hydro dưới nhiệt độ rất cao đến mức khiến hydro chuyển thành Plasma. Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất, bao gồm chất rắn (cứng), chất lỏng (nước), chất khí và plasma. Plasma ở trạng thái nằm giữa chất cứng và chất lỏng, nôm na gọi là trạng thái “sền sệt”. Plasma mang trạng thái kim loại, nên các nhà khoa học dùng nam châm (Magnet) để duy trì plasma trong thời gian lâu dài hơn ở trong lò phản ứng.

Lò phản ứng nhiệt hạch (Fusion Reactor) là dụng cụ tạo ra sức nóng gọi là nhiệt hạch, để làm chạy turbine phát ra điện. Điều kiện cần thiết nhất là sức nóng trong lò phản ứng phải cao từ 50 triệu độ C đến 100 triệu độ C. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã đạt được một số kết quả đầy hy vọng trong lò phản ứng ITER.

ITER là lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ, đã được xây dựng tại Pháp, sẽ cho công suất lý thuyết, sau khi hoàn thành, là gấp 10 lần năng lượng cần thiết để vận hành lò. Tuy nhiên kinh phí dành cho ITER đã vượt qua ngân sách hàng chục tỷ USD, đang bị chậm tiến độ. Những thí nghiệm với lò phản ứng nầy, sớm nhất phải đến 2025 mới có thể tiến hành.

Lò phản ứng ITER có thể biến giấc mơ khai thác phản ứng trong trung tâm mặt trời của con người, biến giấc mơ thành sự thật. Hố đặt lò Tokamak rộng 30m, cao 30m. Trong suốt 7 năm liền, ông Bernard Bigot, tổng giám đốc ITER, từ năm 2015 đến tháng 5 năm 2022, cho rằng điện nhiệt hạch sẽ có được trong tương lai.

Lò phản ứng nhiệt hạch Tokamak của dự án ITER hứa hẹn cung cấp điện cho 200,000 gia đình và các công, kỹ nghệ. Nói chung là có điện năng không giới hạn và nhất là rất an toàn, vì không thải ra khí carbonic (CO2) hâm nóng địa cầu và phóng xạ uranium giết người.

Lò phản ứng thử nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER) ở Saint-Paul-lès-Durance, miền nam Pháp.

Lò phản ứng ITER bắt đầu với nhiên liệu hydro, có một cặp hạt nhân là deuterium và tritium. Trong nhiệt độ cực cao, cặp hạt nhân nầy va đập vào vách lò phản ứng, tạo ra sức nóng làm nước sôi, biến chất lỏng của nước, bốc hơi thành thể khí với áp suất cực mạnh làm quay những cánh quạt của turbine của máy phát điện, tạo ra điện. Để tạo ra nhiệt độ cao tới hàng triệu độ C cho phản ứng nhiệt hạch, lò phản ứng ITER sử dụng một bức tường bằng nam châm cực mạnh, đủ sức nén chặt khối plasma hydro. Dòng plasma được nén và giữ bằng sức hút của nam châm để kéo dài thời gian làm nóng năng lượng phát ra điện. Tòa nhà chứa nam châm cao 18m, từ trường mạnh đến mức có thể nhấc bổng một chiếc tàu.

Hoa Kỳ công bố cơ hội mới cho năng lượng nhiệt hạch.

Ngày 23-5-2023, tạp chí Science for America (SfA) đã xuất bản một bạch thư với chủ đề “Khám phá những cơ hội mới cho năng lượng nhiệt hạch”. Báo cáo nầy trình bày hai cách tiếp xúc đầy hứa hẹn, giúp mang lại sự tiến bộ nhanh chóng, làm giảm chi phí, đơn giản hóa về những khó khăn trong kỹ thuật. Hai cách tiếp xúc là “Bộ đánh lửa từ tính” (Magnetic Igniter) và “Lò nung tối ưu” (Ideal Point Burner). Bộ đánh lửa từ tính sử dụng một xung điện cực nhanh. Xung điện (Electro-Magnetic Pulse) là dòng điện rất mạnh, chỉ xuất hiện trong một thời gian rất ngắn.

Theo định hướng của Tổng thống Joe Biden là Hoa Kỳ phải có một lò phản ứng nhiệt hạch trong 10 năm tới. Vì vậy chúng ta cần phải bắt tay vào việc ngay từ bây giờ.

Các quốc gia đang theo dõi lò phản ứng quốc tế ITER ở nước Pháp, đồng thời xây dựng riêng các lò nhiệt hạch cho mình. Hoa Kỳ đưa ra dự án sản xuất điện nhiệt hạch từ năm 2035 đến 2040. Anh Quốc có dự án sản xuất điện thương mại vào năm 2040. Riêng ở Hoa Kỳ, một lò phản ứng nhiệt hạch tên Norman, trụ sở tại Foothill Ranch, tiểu bang California. Lò nầy nóng gấp 5 lần nhiệt độ ở trung tâm mặt trời là 15 triệu độ C. Lò Norman được vận hành bởi nhóm khoa học gia của Công ty TAE Technologies. Trở ngại mà các khoa học gia Mỹ khó vượt qua, là duy trì phản ứng nhiệt hạch lâu dài để tạo ra điện cung cấp cho cả thế giới. TAE Technologies Inc. thành lập năm 1998, với mục đích phát triển điện nhiệt hạch ở quy mô thương mại. Lò Norman có kích thước khổng lồ, dài 24m, cao 6.7m, nặng 27 tấn (27,000Kg).

Dự án đầy tham vọng của Trung Quốc là sản xuất điện từ “Mặt trời nhân tạo”

 Mặt trời nhân tạo của Trung Quốc.

Hiện nay Trung Quốc đang thiếu điện trầm trọng, là do hậu quả của dịch cúm COVID 19, nhiều nhà máy phải đóng cửa. Theo bản tin của tờ South China Morning Post cho biết, GS Song Yungtao, Giám đốc Viện Vật lý Plasma ở tỉnh Hợp Phì, thì quá trình xây dựng một lò phản ứng nhiệt hạch có thể hoàn thành vào năm 2030. Công nghệ nhiệt hạch mà Trung Quốc còn gọi là “Mặt trời nhân tạo” có thể cung cấp điện không có giới hạn. Theo tính toán của các nhà khoa học thì trên mặt ngoài của mặt trời có nhiệt độ là 5,537 độ C. (Nhiệt độ ở trung tâm mặt trời là khoảng 15 triệu độ C).
Trung Quốc đã có một lò phản ứng tạo ra Plasma với sức nóng 150 triệu độ C, được duy trì ở mức ổn định là 100 giây, xem như là một kỷ lục thế giới. Theo GS Song Yungtao thì mục tiêu tiếp theo của dự án, là sẽ tăng thời gian tăng lên 400 giây, và tiếp theo là 1,000 giây.