Theo dõi tiến bộ khoa học, kỹ thuật :

Năng lượng dung hợp tiến tới đâu rồi  ?                                  

                                    G S Tôn Thất Trình

Bên trong ITER

Plasma  nướng cháy bên trong  lò phản ứng dung hợp -fusion reactor lớn nhất thế giới có thể  sản xuất phong phú năng lượng sạch.  Hai thất bại đựợc phổ biến rộng rải  về dung hợp lạnh – cold fusion  đã làm dơ bẩn  danh tiếng ngành này, nhưng các nhà vật lý học  đã thành công nối nhập những nhân – nuclei nguyên tử  với dung hợp nóng – hot fusion từ năm 1932 .  Ngày nay,  khảo cứu về dung hợp nóng có thể dẫn tới nguồn năng lượng sạch, không bị những  trở ngại  quấy nhiễu hòai  các nhà máy điện phân hạch -  fission power plants.  Nhà máy điện dung hợp không  thể bị nung chảy – meltdown , chúng cũng không  sản xuất  phế thải phóng xạ cao  và  sống lâu dài.,  và nhiên liệu dung hợp  không thể dễ dàng  dùng làm võ khí.

         Ở hàng đầu cố gắng thực hiện điện căn bản là dung hợp là ITER , một cộng tác quốc tế  xây dựng lò phản ứng dung hợp lớn nhất thế giới.  Trung tâm của dự án là  một tokamak , một bình hình nhẫn – dough  shaped vessel   chứa phản ứng dung hợp . Ở bình , các từ trường – magnetic fields  giam hãm một plasma gồm có  deuterium và  tritium , hai đồng vị-isotopes của hydrogen , trong khi  các luồng hạt tử , làn sóng rađiô… làm nó nóng lên  đến 270 triệu độ Farenheit, nhiệt độ cần thiết  để giữ vững  phản ứng dung hợp.   Lúc phản ứng, nhân của deuterium và tritium hợp lại với nhau, sản xuất ra một helium và một neutron. Ở nhà máy điện dung hợp , những neutrons đầy năng lượng này  sẽ làm nóng một cơ cấu tên gọi là mền – blanket  tại tokamak  và nhiệt lượng này sẽ được sử dụng chạy một tua bin  để sản xuất điện .

      Lò phản ứng ITETR là tokamak lớn nhất xây dựng từ trước đến nay, sản xuất  500 megawatts  điện , khỏang bằng  sản xuất  của một nhà máy chạy than đá.  Nhưng ITER không phát ra điện: nó chỉ  là một thí nghiệm vật lý học khổng lồ , dù nó cũng là một nhà máy  đem lại tiềm năng lợi lộc rất cao.  Chỉ đơn giản  một phần 35 ngàn một ounce Anh ( một ounce = 28. 35 gr )  nhiên liệu deuterium – tritium là có thể sản xuất một năng lượng tương đương với 2000 ga lông ( 8000 lít )  dầu đun  nóng.  Theo Richard Pitts, chuyên viên khoa học chánh của dự án,  tiến trình ITER “ bẩm sinh an tòan”. Nó sẽ không bao giờ ở thế giới phân hạch  mà lại trông giống như Chernobyl hay Fukushima  và đó là lý do khiến nó  rất hút dẫn .

      Để hòan tòan  thương mãi hóa  dung hợp căn bản  tokamak , các nhà phát triễn  phải vượt qua nhiều  thách thức.  Trước tiên là vấn đề nuôi dưỡng tritium .   Bất cứ mọi lúc ,   chỉ có được  khỏang 50 cân Anh tritium trên thế giới, vì tritium không xảy ra tự nhiên được   và phân hủy mau lẹ ( còn deuterium  thì không phóng xạ  và có thể chiết trích từ nước ) .  Dù rằng  ITER   có thể dùng  tritium sản xuất  từ các nhà máy điện hạt nhân, một nhà máy hòan tòan  dung hợp  sẽ cần có   nguồn cấp tự mình  sản xuất ra , nghĩa là các neutron từ phản ứng dung hợp có thể dùng để chuyễn hóa  một lô cất giữ bí mật lithium thành tritium.  Hơn nữa, các nhà vật lý học cũng phải  qui định vật liệu nào  chịu đựng được tốt nhất  sản phẩm phụ của phản ứng dung hợp , có cơ   xói mòn các tường của tokamak . Cuối cùng , phóng xa, còn lại  trong linh kiện  sẽ  đặt ra vấn đề duy trì  vì dân gian không thể  họat động an tòan  bên trong bình. Các nhà khoa học ITER phải phát triễn ra robot  đủ khả năng thay thế các bộ phận  nặng đến 10 tấn.

     ITER sẽ bắt đầu  thí nghiệm năm 2019 ở Pháp . Nếu những thí nghiệm này thành công, dữ liệu dự án sản xuất  sẽ giúp cho nhóm ITER  làm họa kiểu  DEMO  , một trình diễn nhà máy điện  dung hợp  đề nghị công xuất  2000- 4000 megawatts, dụ tính xây cất  vào năm 2040 .

        

           Bên trong ITER: ( sẽ nặng  trên 20 000 tấn )

            

           Nhiên liệu : các kỷ sư   tiêm vào bên trong tokamak , một phòng chân không dạng hình nhẫn   cao năng , 2 đồng vị phóng xạ của hydrogen , deuterium và và tritium.

           Plasma : một dòng điện mạnh mẽ làm nóng các khí deuterium và tritium và làm ionhóa chúng, làm thành một vòng  plasma, một xúp chói lọi những hạt tử điện tính.  Nhắc lại là plasma deuterium – tritium nóng 15 lần hơn  lõi mặt trời.

          Nhiệt lượng :  các làn sóng rađiô,  những luồng  hạt tử deuterium  cao năng  và các làn vi ba  làm nóng plasma. Ở nhiệt độ cao, deuterium và tritium dung hợp lại làm ra nguyên tử helium  và một neutron .

          Giam hãm : nếu plasma dụng vào tường tokamak,  nó sẽ cắt xén  phản ứng dung hợp.  Plasma điện tính  được giam hãm  trong một từ trường làm bằng   39 siêu dẫn  lọai chơi pô lô – poloidal, hình xuyến –toroidal  và các nam châm trung tâm hình ống – central solenoid magnets, đặt quanh bên ngoài nhẫn  và bên trong lỗ hổng nhẫn.

         Lớp bọc :  Bình được một mền  thép dày  1.2 bộ Anh bao bọc, để che chở các tường tokamak khỏi dụng các neutron  cao năng .

        Thật ra bạn còn có thể  dùng laser ( lade )  dung hợp. Vì rằng  bạn không cần có một tokamak để  khởi đầu một phản ứng dung hợp .  Các nhà khoa học  ở Cơ sở  Nhen lữa quốc gia Hoa Kỳ - National  Ignition  Facility tại Livermore( NIF ) , Bắc Ca Li  dự tính dùng một laser, lớn nhất thế giới.  Một luồng laser  sẽ nâng cao một cápxun – capsule  chứa nhiên liệu deuterium- tritium  lên đến 100 triệu  độ và áp xuất   100 triệu lần hơn  khí quyễn Trái Đất. Thành quả sẽ là một phản ứng dung hợp  như các nhà khoa học mong đợi,  sẽ giải tỏa đến  11 kilowatts – giờ năng lượng.  Dù cho NIF sẽ làm tỏ rỏ  vật lý học dung hợp, nó sẽ không bao giờ được  dùng ở một nhà máy điện, vì lẽ các thành phần quang học  của laser  sẽ mất quá lâu  để nguội lạnh đi , giữa các lần bắn .

            

                ( chiếu theo Brooke Borel,  Khoa học phổ thông Hoa Kỳ số tháng 7 năm 2011 ) 

                                 ( Irvine , Nam  Ca Li, ngày 20 tháng 6 năm 2011 )