Xã hội càng phát triển, nhu cầu năng lượng của con người càng lớn. Hiện nay ngoài năng lượng hóa thạch hay các nguồn năng lượng sạch như năng lượng gió, thủy điện... thì năng lượng hạt nhân có thể xem là nguồn năng lượng quan trọng nhất của con người.
Lò phản ứng tổng hợp: Hiệu năng gấp hàng chục lần lò phản ứng hạt nhân phân hạch trước đây
Mặc dù vậy năng lượng hạt nhân lại tiềm ẩn nguy hiểm rất lớn mà những sự cố tại Nhật Bản (Fukushima) hay Nga (Chernobyl) là những ví dụ điển hình. Đó cũng là lý do con người còn e ngại "con ngựa bất kham" này.
Theo các chuyên gia, có hai loại phản ứng hạt nhân cơ bản là: tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch, phản ứng hợp hạch) và phân hạch hạt nhân.
Hai quá trình này hoàn toàn đối lập: Tổng hợp hạt nhân là quá trình 2 hạt nhân hợp lại với nhau để tạo nên một nhân mới nặng hơn trong khi phân hạch hạt nhân thì ngược lại, từ một hạt nhân phân rã thành nhiều hạt nhỏ hơn.
Những lò phản ứng hạt nhân trước đây trên thế giới đều là các lò phân hạch hạt nhân mà điểm trừ lớn của nó là sinh ra các sản phẩm phụ nguy hiểm (chất thải phóng xạ) và tiềm ẩn nhiều nguy hiểm.
Thiết bị từ trường stellarator. Ảnh Inhabitat.
Trong khi đó, phản ứng tổng hợp hạt nhân vốn có rất nhiều trong tự nhiên (Mặt Trời, các ngôi sao đều là các lò tổng hợp hạt nhân khổng lồ).
Ưu điểm rất lớn của nó là mật độ năng lượng cực cao, gấp tới hàng tỷ lần mật độ năng lượng so với nhiên liệu hóa thạch và hơn hàng chục lần mật độ năng lượng từ nhiên liệu phân hạch!
Mặt khác, nếu năng lượng từ lò phân hạch hạt nhân bị cho là năng lượng "bẩn" vì có quá nhiều chất thải phóng xạ gây ô nhiễm môi trường thì lò phản ứng tổng hợp là loại năng lượng "sạch" khi không gây ô nhiễm như vậy.
Những lý do trên sẽ giúp bạn hiểu được tại sao người ta lại gọi đây là nguồn năng lượng bất tận gần như vô tận cho nhân loại, là "Mặt Trời thứ hai" mà con người tự tạo nên cho chính mình và giấc mơ về "Mặt Trời nhân tạo" đã được người Đức hiện thực hóa.
Bên trong lò phản ứng hạt nhân lớn nhất thế giới
Sau 19 năm nghiên cứu miệt mài, nhà máy tổng hợp hạt nhân đầu tiên của nhân loại đã được vận hành mang tên Wendelstein 7-X từ năm 2016, đây cũng là lò phản ứng tổng hợp hạt nhân dạng stellarator (loại kia là tokamak) lớn nhất từ trước tới nay khi tiêu tốn chi phí lên tới 1 tỷ Euro.
Xem video:
Video timelapse về quá trình lắp đặt bên trong lò phản ứng Wendelstein 7 - X. Nguồn: Viện Max - Planck.
Đây là công sức của các nhà khoa học từ Viện Max Planck, giáo sư Thomas Klinger, giám đốc dự án xây dựng lò phản ứng cho hay: "Chỉ cần 3 chai nước là có thể cũng cấp điện cho cả một hộ gia đình... suốt cả năm với loại lò này!".
Điều không tưởng này lại đang được các nhà khoa học Đức biến thành sự thật trong khi những người tiên phong trước đó lại là người Nga với các lò tokamak những năm 1950 lại chưa thể làm được. Sỡ dĩ như vậy là Đức đã sử dụng thiết bị stellarator để khắc phục nhược điểm của tokamak.
Bên trong lò phản ứng Wendelstein 7-X. Ảnh EUROfusion.
Hệ thống thiết bị khoa học công nghệ bên trong lò phản ứng Wendelstein 7-X vô cùng tinh vi và phức tạp, đạt tiêu chuẩn rất cao nhằm đảm bảo an toàn và hiệu suất năng lượng tối đa. Với buồng chân không gần như tuyệt đối hay hệ thống siêu lạnh và các cuộn dây siêu dẫn tạo từ trường...
Khi hoạt động, lò sẽ được lấp đầy bằng khí Heli hay Hydro và được giữ lơ lửng bằng từ trường bởi thiết bị stellarator sau đó nung nóng bằng cách bắn tia laser chúng đến... 94 triệu độ C nhằm chuyển chúng sáng trạng thái plasma (như trạng thái ở Mặt Trời và các ngôi sao).
Khi trạng thái này được duy trì đủ lâu thì phản ứng tổng hợp sẽ tự duy trì mà không cần cung cấp năng lượng hay nhiệt nữa. Cơ chế tạo ra năng lượng cũng hoàn toàn giống như ở Mặt Trời mà khí thải chỉ là khí hiếm heli không hề gây nguy hiểm cho con người.
Tiến sĩ Hans Stephan Bosch, nhóm trưởng của đội ngũ thực hiện quá tình khởi động lò cho biết hiện những kết quả thử nghiệm đều đúng theo những gì đội ngũ nghiên cứu trông đợi và ước mơ về nguồn năng lượng vĩnh cửu sẽ không còn là điều quá xa vời.
Bài viết được dịch từ các nguồn: Express.co.uk, Trendintech.com, Ipp.mpg.de