Các nhà khoa học thuộc chính phủ Mỹ đã lần thứ hai thu được năng lượng ròng từ phản ứng nhiệt hạch, một kết quả làm dấy lên sự lạc quan cho nhân loại khi có thêm bước tiến hướng tới giấc mơ về một nguồn năng lượng sạch không phát thải và không giới hạn.
Từ những năm 1950 các nhà khoa học trên toàn thế giới đã tìm cách tái tạo lại phản ứng nhiệt hạch của Mặt Trời để cung cấp năng lượng cho Trái Đất, nhưng cho đến đầu tháng 12 năm ngoái, giấc mơ này vân chưa trở thành hiện thực. Nhiều nỗ lực đã được thực hiện nhưng chưa nhóm nào thực hiện được công đoạn "đánh lửa" phản ứng nhiệt hạch – tạo ra năng lượng ròng cao hơn mức tiêu thụ ban đầu.
Giữa tháng 12 năm ngoái, một bước đột phá đã được tạo ra khi các nhà khoa học thuộc Phòng Thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore đã thực hiện được lần "đánh lửa" đầu tiên trong lịch sử.
Giờ đây bước đột phá này lại được tiếp nối một lần nữa khi cũng chính các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore đã lại thu được năng lượng ròng trong phản ứng nhiệt hạch vào ngày 31 tháng Bảy vừa qua. Thậm chí theo những người thân cận với kết quả sơ bộ của thí nghiệm, mức năng lượng ròng thu được lần này còn cao hơn cả thí nghiệm vào tháng 12 vừa qua.
Phòng thí nghiệm cũng xác nhận rằng họ đã lại thu được năng lượng ròng trong hệ thống phản ứng dùng tia laser công suất lớn của mình và các kết quả khác của thí nghiệm vẫn đang trong quá trình phân tích.
"Kể từ khi lần đầu thực hiện được công đoạn đánh lửa tại Cơ sở Nation Ignition Facility vào tháng 12 năm 2022, chúng tôi đã tiếp tục thí nghiệm để nghiên cứu thành quả khoa học mới mẻ thú vị này. Trong một thí nghiệm thực hiện vào ngày 30 tháng Bảy, chúng tôi đã lặp lại được việc đánh lửa tại NIF."
Phản ứng nhiệt hạch được thực hiện bằng cách nung nóng các đồng vị Hydro – thường là Deuterium và Tritium – tới nhiệt độ siêu cao để hợp nhất các hạt nhân nguyên tử thành nguyên tố mới là Helium và giải phóng một lượng lớn năng lượng dưới dạng neutron.
Hiện nay cách làm thường thấy để thực hiện phản ứng này là phương pháp giam từ trường, khi sử dụng các nam châm cực mạnh để hút và nén các khối khí Hydro dưới dạng plasma tới nhiệt độ còn lớn hơn cả nhiệt độ Mặt trời và kích thích phản ứng.
Tuy nhiên phòng thí nghiệm NIF lại sử dụng một quá trình hoàn toàn khác, có tên gọi giam cầm quán tính (inertial confinement), khi sử dụng các tia laser lớn nhất thế giới chiếu thẳng một viên nang vô cùng nhỏ chứa nhiên liệu kích hoạt phản ứng nhiệt hạch.
Quy trình phản ứng nhiệt hạch được thực hiện tại cơ sở NIF: viên nang bọc lấy nhiên liệu Deuterium và Tritium được đặt tại trung tâm của hohlraum, một khoang mạ vàng hở 2 đầu. Các chùm tia laser được chiếu vào từ 2 đầu của hohlraum, nung nóng viên nang và tạo ra bên trong nó một khối plasma siêu nóng. Tia X phát ra từ tia laser trong khoang hohlraum sẽ loại bỏ bề mặt của viên nang. Lúc này lớp nhiên liệu bên trong sẽ phát nổ tạo ra phản ứng nhiệt hạch. Nếu nhiệt lượng truyền đủ nhanh trong khối nhiên liệu, năng lượng thu được sẽ vượt xa năng lượng đầu vào, tạo ra năng lượng ròng.
Trong thí nghiệm vào tháng 12 năm ngoái, phản ứng nhiệt hạch sản sinh ra được 3,15 MJ (Mega Joules), lớn hơn 150% so với mức năng lượng 2,05 MJ của các tia laser. Nhưng theo những người biết về kết quả sơ bộ của thí nghiệm cuối tháng 7 vừa qua, phản ứng nhiệt hạch lần này sản sinh ra hơn 3,5 MJ. Mức năng lượng này đủ để cấp điện cho một bàn là gia dụng hoạt động trong vòng một giờ.
Từ hàng thập kỷ nay, đạt được năng lượng ròng trong phản ứng nhiệt hạch vẫn là một bước tiến quan trọng cho quá trình thương mại hóa nguồn năng lượng này. Tuy nhiên vẫn còn nhiều khó khăn khác phải vượt qua.
Năng lượng ròng thu được trong phản ứng mới chỉ lớn hơn năng lượng của các tia laser kích thích phản ứng, nhưng nó mới chỉ tương đương 1% năng lượng lấy ra từ điện lưới để cấp điện cho hệ thống này. Các nhà khoa học ước tính các nhà máy điện nhiệt hạch thương mại phải tạo ra được các phản ứng có thể sản sinh ra mức năng lượng cao gấp 30 đến 100 lần so với năng lượng của tia laser. Hiện tại cơ sở NIF mới chỉ thực hiện tối đa một lần bắn laser mỗi ngày, một nhà máy điện thương mại cần thực hiện nhiều lần bắn laser trong một giây.
Trong khi đây vẫn là một thách thức vô cùng to lớn, việc các nhà khoa học có thể cải thiện kết quả phản ứng nhiệt hạch chỉ "tám tháng" sau thành công đầu tiên, là một tín hiệu tích cực cho thấy nhịp độ phát triển công nghệ đang được gia tăng.
Cho dù các nhà khoa học vẫn tin rằng phải vài thập kỷ nữa các nhà máy điện nhiệt hạch mới có thể trở thành sự thật, nhưng tiềm năng của công nghệ này thật khó bỏ qua. Các phản ứng nhiệt hạch không phát thải carbon, không sản sinh rác thải phóng xạ và chỉ cần một cốc nhỏ nhiên liệu hydro về lý thuyết cũng có thể giúp lò phản ứng hoạt động trong hàng trăm năm.
