Đột phá công nghệ: Năng lượng hạt nhân có thể 'cứu vãn' thế giới?

TTO - Bộ Năng lượng Mỹ đã công bố một bước tiến lớn trong lịch sử về việc phát triển năng lượng hạt nhân. Cách hoạt động của loại năng lượng mới này sẽ mang lại lợi ích gì cho thế giới?

Các nhà nghiên cứu tại Cơ sở Đánh lửa quốc gia (NIF) thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, có trụ sở tại bang California, đã thành công trong việc tạo ra 'mức tăng năng lượng ròng' lần đầu tiên bằng cách sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân trong phòng thí nghiệm.

Năng lượng tăng gấp 4 triệu lần so với than, dầu, khí đốt

Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm bơm thêm năng lượng vào các lò phản ứng hạt nhân, nhưng tổng năng lượng mới tạo ra trong quá trình này lại ít hơn.

Vào ngày 5-12-2022, các nhà nghiên cứu của NIF đã thực hiện thành công thí nghiệm hạt nhân điều khiển đầu tiên trong lịch sử, trong đó năng lượng được tạo ra từ phản ứng tổng hợp nhiều hơn năng lượng laze được sử dụng để điều khiển.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có khả năng cung cấp năng lượng lớn hơn mọi nguồn năng lượng hiện tại chúng ta biết. Nó có thể tạo ra năng lượng nhiều hơn gấp 4 triệu lần so với các phản ứng hóa học như đốt than, dầu hoặc khí đốt.

Bên cạnh đó, phản ứng này tạo ra năng lượng gấp 4 lần so với phản ứng phân hạch hạt nhân - quy trình đang được sử dụng trong tất cả các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới.

Hạt nhân mới 'ít' phát xạ

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thực sự là một giải pháp 'xanh hơn' thay thế cho những phương pháp hiện tại mà chúng ta đang sử dụng không? Chúng ta đã đạt được bao xa trong việc tạo ra điện từ quy trình này?

Để khám phá, Đài truyền hình Đức DW đã thăm Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER), một dự án hợp tác lớn giữa các chuyên gia tổng hợp hạt nhân từ 35 quốc gia.

Ông Pietro Barabaschi, giám đốc tổng của ITER, hứa hẹn một tương lai sáng sủa cho năng lượng hạt nhân.

Hiện nay, tất cả các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới đều sử dụng lò phản ứng phân hạch để sản xuất điện.

Tuy nhiên, đây không phải là nguồn nhiên liệu phổ biến ở hầu hết các quốc gia do lo ngại của công chúng về tác động của bức xạ. Các sự cố như thảm họa Chernobyl, vụ tai nạn ở Fukushima và sự cố tại nhà máy điện hạt nhân Three Mile của Mỹ vẫn còn là nỗi ám ảnh.

Ông Akko Maas - chuyên gia kỹ thuật tại ITER - người đã tham gia vào dự án từ những ngày đầu tiên - cho biết sự khác biệt chính giữa phản ứng phân hạch hạt nhân và nhiệt hạch nằm ở mức độ phát xạ của nhiên liệu mà mỗi phương pháp tạo ra.

Trong phản ứng phân hạch, uranium và plutonium đều phát xạ. Khi sử dụng chúng để sản xuất năng lượng, chất phát xạ vẫn còn lại.

Trong khi đó, hai vật liệu cơ bản được coi là hiệu quả nhất đối với năng lượng nhiệt hạch, thì đơteri không phát xạ, trong khi tritium có. Tuy nhiên, tác động của nó là tương đối yếu và tồn tại trong thời gian ngắn.

Ngay cả ở quy mô công nghiệp, có thể hạn chế mức độ phát xạ từ phản ứng tổng hợp xuống còn khoảng 100-200 năm. Điều này dễ quản lý hơn nhiều so với việc nói về thời gian 40.000 năm mà chúng ta thấy trong phản ứng phân hạch.

Trong 30 năm tới, có kỳ vọng về việc xây dựng nhà máy điện nhiệt hạch?

Tuy nhiên, về mặt kỹ thuật, rất khó để duy trì và điều khiển phản ứng nhiệt hạch.

Theo Giám đốc Barabaschi, để thực hiện phản ứng tổng hợp trên Trái đất, chất khí cần được nung chảy đến nhiệt độ cực cao khoảng 150 triệu độ C, gấp 10 lần nhiệt độ của lõi Mặt Trời.

Thách thức mà các nhà khoa học đang đối mặt là làm thế nào để sản xuất loại nhiên liệu này ở quy mô lớn hơn.

Giám đốc Barabaschi cho biết việc chuyển từ một thí nghiệm nhiệt hạch sang một lò phản ứng phát điện cũng giống như chuyển từ đốt củi sang một nhà máy điện than.

Mặc dù đây là một thách thức lớn, nhưng ông lạc quan rằng lò phản ứng thử nghiệm tại ITER sẽ hoạt động vào cuối thập kỷ này và có thể giúp thiết lập một nhà máy điện thử nghiệm trong 30 năm tới.

Năng lượng nhiệt hạch không thể giải quyết ngay lập tức cuộc khủng hoảng năng lượng mùa đông này và cũng không giúp giảm khí thải ngay lập tức.