Kiến thức

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là 'một câu hỏi khi nào, không phải là'

Trang chủ

Công nghệ

Công nghệ

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là ‘một câu hỏi khi nào, không phải là’

Facebook

Twitter

Pinterest

WhatsApp

ReddIt

dung hợpBản quyền hình ảnh
Thể thao BBC

Chú thích hình ảnh

Ấn tượng của một nghệ sĩ về cách một lò phản ứng nhiệt hạch có thể trông như thế nào


Các chuyên gia cho biết triển vọng phát triển phản ứng tổng hợp hạt nhân như một nguồn năng lượng khả thi đã được cải thiện đáng kể, theo các chuyên gia.

Chính phủ Anh gần đây đã công bố khoản đầu tư 200 triệu bảng để cung cấp điện từ lò phản ứng nhiệt hạch vào năm 2040.

Các công ty tư nhân và chính phủ đã nói với BBC rằng họ đặt mục tiêu có các mô hình trình diễn hoạt động trong vòng năm năm.

Nhưng những rào cản lớn vẫn còn, nói các nhà phê bình.

Với giá gió và mặt trời tiếp tục giảm, các chuyên gia cho rằng những năng lượng tái tạo hiện tại này có thể cung cấp một phương pháp kinh tế và kịp thời hơn để giải quyết biến đổi khí hậu và tạo ra năng lượng hơn là một công nghệ chưa được chứng minh như hợp hạch.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là một nỗ lực tái tạo các quá trình của Mặt trời trên Trái đất. Nó khác biệt đáng kể so với phân hạch hạt nhân, đó là cách duy nhất của chúng ta để có được điện từ các nguyên tử kể từ những năm 1950.

Phân hạch đã được chứng minh là rất tốn kém. Nó tạo ra một lượng lớn chất thải phóng xạ và gây ra những lo ngại nghiêm trọng về an toàn và sự phổ biến của vũ khí.

Vậy chính xác hợp hạch là gì?

Fusion là quá trình thúc đẩy Mặt trời của chúng ta.

Mỗi giây, hàng triệu tấn nguyên tử hydro rơi vào nhau trong nhiệt độ và áp lực khủng khiếp của ngôi sao mẹ của chúng ta. Điều này buộc họ phải phá vỡ liên kết nguyên tử và cầu chì để tạo ra nguyên tố nặng hơn, helium.

Bản quyền hình ảnh
ITER

Chú thích hình ảnh

Địa điểm Iter khổng lồ ở miền Nam nước Pháp nhằm mục đích tạo ra plasma đầu tiên vào năm 2025


Sự hợp nhất tự nhiên, năng lượng mặt trời tạo ra một lượng lớn nhiệt và ánh sáng.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tái tạo quá trình này trên Trái đất, hoặc “xây dựng Mặt trời trong một chiếc hộp” như một nhà vật lý đặt tên cho nó. Ý tưởng cơ bản là lấy một loại khí hydro, đốt nóng đến hơn 100 triệu độ cho đến khi nó tạo thành một đám mây mỏng, mỏng gọi là plasma, sau đó điều khiển nó bằng nam châm cực mạnh cho đến khi các nguyên tử hợp nhất và giải phóng năng lượng.

Có khả năng, nó có thể tạo ra năng lượng có hàm lượng carbon thấp, với lượng chất thải nhỏ hơn nhiều. Nó cũng đến mà không có nguy cơ nổ.

Để đưa ra khái niệm hợp nhất, các quốc gia đã tập trung năng lượng của mình vào một nỗ lực hợp tác quốc tế lớn mang tên Iter.

Người khổng lồ bước tới hay một con voi trắng?

Dự án Iter có sự tham gia của 35 quốc gia và hiện tại, nó đang xây dựng một lò phản ứng thử nghiệm khổng lồ ở miền Nam nước Pháp.

Kế hoạch là tạo ra plasma đầu tiên vào năm 2025. Tuy nhiên, để có được từ bước này để sản xuất năng lượng là vô cùng khó khăn.

Iter cũng bị bao vây bởi sự chậm trễ kéo dài và bội chi ngân sách, điều đó có nghĩa là không có khả năng có một nhà máy điện nhiệt hạch trình diễn hoạt động ngay cả vào năm 2050.

Giáo sư Ian Chapman, giám đốc điều hành của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh cho biết: “Một trong những lý do khiến Iter đến muộn là nó thực sự rất khó khăn”.

“Những gì chúng tôi đang làm là về cơ bản đẩy các rào cản của những gì được biết đến trong thế giới công nghệ. Và tất nhiên bạn phải vượt qua những rào cản và bạn phải vượt qua chúng, điều chúng tôi làm mọi lúc và Iter sẽ xảy ra, tôi hoàn toàn tin tưởng vào điều đó.”

Bản quyền hình ảnh
Tổng hợp

Chú thích hình ảnh

General Fusion tin rằng phương pháp hợp nhất của họ sẽ hoạt động trong vòng năm năm


Cho đến khi Iter hoạt động vào năm 2025, Công ty Liên hợp châu Âu (Jet) có trụ sở tại Vương quốc Anh vẫn là thí nghiệm nhiệt hạch lớn nhất thế giới.

Nó đã bảo đảm tài trợ của EU cho đến cuối năm 2020, nhưng những gì xảy ra sau đó và sự tham gia của Vương quốc Anh vào Iter sau khi Brexit vẫn chưa rõ ràng.

Để cho một số cảm giác chắc chắn,

Chính phủ Anh mới đây đã công bố 220 triệu bảng

cho thiết kế khái niệm của một nhà máy điện nhiệt hạch vào năm 2040.

Trong bốn năm tới, các nhà nghiên cứu có trụ sở tại Culham ở Oxfordshire sẽ phát triển các thiết kế cho một nhà máy điện nhiệt hạch có tên Step hoặc Spherical Tokomak để sản xuất năng lượng.

Vương quốc Anh sẽ làm cho phản ứng tổng hợp hoạt động như thế nào?

Cách tiếp cận được biết đến rộng rãi nhất để thực hiện phản ứng tổng hợp xảy ra liên quan đến buồng chân không hình bánh rán gọi là Tokomak. Khí hydro được làm nóng đến 100 triệu độ C, tại đó nó trở thành plasma. Nam châm mạnh được sử dụng để giam cầm và điều khiển plasma cho đến khi xảy ra phản ứng tổng hợp.

Ở Anh, các nhà nghiên cứu đã phát triển một dạng Tokamak khác, giống với lõi táo hơn là bánh rán. Được gọi là Tokamak hình cầu, nó có ưu điểm là nhỏ gọn hơn, có khả năng cho phép các nhà máy điện trong tương lai được đặt tại các thị trấn và thành phố.

“Nếu bạn nhìn vào một số đơn vị rất lớn, những cỗ máy lớn mà chúng ta đang tìm kiếm, chỉ cần tìm địa lý ở đâu đó để đặt chúng là khó khăn”, Nanna Heiberg từ Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh cho biết.

“Những gì bạn thực sự muốn làm là đặt chúng ở gần nơi cần năng lượng. Và vì vậy, nếu bạn có thể thực hiện chúng ở một dấu chân nhỏ hơn nhiều, bạn có thể đặt chúng gần hơn với người dùng và bạn có thể đặt chúng nhiều hơn trên khắp đất nước thí dụ.”

Vậy sự phấn khích về phản ứng tổng hợp đến từ đâu?

Trong khi các chính phủ đang vật lộn với Iter, nhiều người cũng đang tiến hành các kế hoạch quốc gia của riêng họ. Trung Quốc, Ấn Độ, Nga và Mỹ trong số những người khác đang làm việc để phát triển các lò phản ứng thương mại.

Bản quyền hình ảnh
những hình ảnh đẹp

Chú thích hình ảnh

Xây dựng “mặt trời trong một chiếc hộp” vẫn nằm ngoài tầm kiểm soát của các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ


Cũng như chính phủ Anh đưa tiền vào, Ngân hàng Đầu tư châu Âu đang bơm hàng trăm triệu euro vào một chương trình của Ý để sản xuất năng lượng nhiệt hạch vào năm 2050.

Nhưng có lẽ sự phấn khích lớn đến từ các công ty tư nhân. Chúng thường nhỏ hơn, lanh lợi hơn và chúng phát triển bằng cách mắc lỗi và học hỏi từ chúng một cách nhanh chóng.

Hiện tại có hàng chục người trong số họ trên khắp thế giới, gây quỹ và thường xuyên tiến về phía trước với các cách tiếp cận khác nhau để hợp nhất so với ở Iter và ở Anh.

Đây là một mẫu ngắn gọn về một số cách tiếp cận khác nhau để hợp nhất.

Ánh sáng đầu tiên:

Công ty này có nguồn gốc từ Đại học Oxford và được thành lập đặc biệt để giải quyết nhu cầu cấp thiết để giải mã hệ thống năng lượng toàn cầu. Ý tưởng của họ liên quan đến việc bắn một viên đạn vào mục tiêu có chứa các nguyên tử hydro. Sóng xung kích từ tác động của đạn tạo ra sóng xung kích nghiền nát nhiên liệu và trong một thời gian ngắn, phản ứng này sẽ tạo ra plasma nóng hơn mặt trời và đậm đặc hơn chì.

Hệ thống Fusion thịnh vượng chung

s: Một công ty tư nhân được thành lập bởi cựu nhân viên của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), CFS đã huy động được nguồn tài trợ đáng kể hơn 100 triệu đô la. Nó đang tập trung vào phát triển hệ thống Tokamak nhưng cải tiến quan trọng của nó là ở nam châm siêu dẫn. Họ hy vọng sẽ chế tạo được các nam châm đủ mạnh để họ có thể chế tạo Tokomaks nhỏ hơn và rẻ hơn để chứa các plasma cần thiết để tạo ra phản ứng tổng hợp.

Công nghệ TAE:

Với sự hỗ trợ từ Google và các nhà đầu tư công nghệ cao khác, công ty có trụ sở tại California này đang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu khác nhau để phát triển các lò phản ứng nhỏ hơn, rẻ hơn. Họ muốn sử dụng hydro và boron vì cả hai nguyên tố này đều có sẵn và không phóng xạ. Nguyên mẫu của họ là một lò phản ứng nhiệt hạch chùm va chạm hình trụ (CBFR) làm nóng khí hydro để tạo thành hai vòng plasma. Chúng được hợp nhất và giữ lại với nhau bằng các chùm hạt trung tính để làm cho nó nóng hơn và tồn tại lâu hơn.

hải quân Hoa Kỳ

: Lo lắng về cách cung cấp năng lượng cho tàu của họ trong tương lai, Hải quân Hoa Kỳ đã nộp bằng sáng chế cho một “thiết bị nhiệt hạch nén plasma”. Bằng sáng chế nói rằng nó sẽ sử dụng từ trường để tạo ra “rung động tăng tốc và / hoặc quay gia tốc”. Ý tưởng sẽ là làm cho các lò phản ứng nhiệt hạch đủ nhỏ để có thể mang theo được. Có rất nhiều sự hoài nghi rằng phương pháp này sẽ hiệu quả.

‘Một quả bóng kim loại lỏng …’

Một trong những thách thức chính với tham vọng thực hiện công việc nhiệt hạch là một công ty có trụ sở tại British Columbia, Canada được gọi là

Tổng hợp

. Cách tiếp cận của họ, đã thu hút được rất nhiều sự chú ý và ủng hộ từ những người như Jeff Bezos của Amazon, kết hợp vật lý tiên tiến với công nghệ vượt trội.

Họ gọi hệ thống của họ là “hợp hạch mục tiêu từ hóa”.

Cách tiếp cận này thấy một plasma khí nóng được bơm vào một quả bóng kim loại lỏng bên trong một quả cầu thép. Sau đó, nó được nén bởi piston, giống như trong động cơ diesel.

“Các pít-tông đều bắn đồng thời và làm sập khoang với nhiên liệu bên trong”, Michael Delage, giám đốc công nghệ của công ty cho biết.

“Vì vậy, ở đỉnh điểm của sự nén đó khi nhiên liệu bùng phát thành phản ứng tổng hợp, nó được bao quanh bởi tất cả các mặt của kim loại lỏng để năng lượng đi vào kim loại và bạn lấy kim loại lỏng nóng này và đun sôi nước, tạo hơi nước và tạo ra điện.”

General Fusion nói rằng họ hy vọng sẽ có một mô hình hoạt động trong vòng năm năm.

Tại sao không hợp hạch làm việc cho đến nay?

Bất chấp hy vọng, cho đến nay, không ai có thể lấy được nhiều năng lượng hơn từ một thí nghiệm nhiệt hạch hơn những gì họ đã đưa vào.

Hầu hết các chuyên gia đều tự tin ý tưởng sẽ hoạt động, nhưng nhiều người tin rằng đó là vấn đề quy mô. Để làm cho nó hoạt động, bạn phải đi lớn.

“Tôi nghĩ rằng phản ứng tổng hợp cần các nguồn lực để thực sự làm cho nó hoạt động”, Giáo sư Ian Chapman từ UKAEA nói. “Bạn có thể làm điều đó trong một công ty hoặc một quốc gia nhưng bạn thực sự cần phải có quy mô và nguồn lực cần thiết.”

Bản quyền hình ảnh
Tổng hợp

Chú thích hình ảnh

Hệ thống nén cho lò phản ứng General Fusion có pít-tông quy mô lớn


“Khi ITER hoạt động, và tôi nói khi nào, chứ không phải, đó sẽ là một bước thay đổi cho phản ứng tổng hợp và bạn sẽ thấy đầu tư lớn vào lĩnh vực này.”

Năng lượng tái tạo sẽ làm cho nhiệt hạch dư thừa?

Năm 2018,

IPCC báo cáo

lượng khí thải carbon dioxide cần phải giảm 45% vào năm 2030 để duy trì sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu dưới 1,5C.

Để đạt được điểm đó đòi hỏi phải khử cacbon nhanh chóng của ngành năng lượng. Vương quốc Anh đã cam kết phát thải Net Zero vào năm 2050, sẽ yêu cầu triển khai gió và mặt trời trên quy mô lớn. Một số ý kiến ​​cho rằng đây nên là ưu tiên lớn hơn đối với Anh, thay vì chi một khoản tiền lớn cho các lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm.

“Chi phí tái tạo đã giảm xuống trong khi chi phí của dự án hợp nhất thế giới, Iter đã tăng lên và bây giờ có vẻ như họ sẽ không thể cạnh tranh nếu không có ý tưởng mới”, Sir Chris Llewellyn Smith, chủ tịch một thời của Hội đồng ITER và một nhà vật lý người Anh đáng kính.

“Tôi không nghĩ điều này có nghĩa là chúng ta nên từ bỏ hợp hạch, có nhiều cách nó có thể trở nên rẻ hơn nhưng nó sẽ không ở đó ngay lập tức khi chúng ta cần ít nhất ở Anh.”

Những người khác tham gia vào ngành công nghiệp nhiệt hạch có một cái nhìn khác.

“Nếu bạn là một quốc gia như Malaysia, nơi có cường độ carbon cao của hệ thống năng lượng và bạn đang cố gắng tránh xa than đá, thì không có nhiều lựa chọn ngày hôm nay”, Chris Mowry, giám đốc điều hành của General Fusion nói.

“Đây là loại ứng dụng chúng tôi tập trung vào. Và ngay cả ở các quốc gia như Canada, nơi có số lượng tái tạo khá lớn, nó không bao giờ có thể tái tạo 100%.”

“Và vì vậy chúng tôi cần một nguồn năng lượng không có carbon có thể bổ sung cho năng lượng tái tạo trong tương lai.”

Theo dõi Matt

trên Twitter.

Nguồn

BBC

Facebook

Twitter

Pinterest

WhatsApp

ReddIt

Bài trước

Sê-ri phim truyền hình hay nhất của Netflix Úc: hơn 60 chương trình tuyệt vời để phát vào năm 2019

Bài tiếp theo

Đảng Dân chủ tuyên bố chiến thắng trong cuộc bầu cử quan trọng ở Virginia và Kentucky

admin

https://www.tinmoiz.com

Bài viết liên quan

Công nghệ

Bạn đang xem: Phản ứng tổng hợp hạt nhân là ‘một câu hỏi khi nào, không phải là’

Không có MacBook Pro nào tại WWDC – Đây là lý do tại sao Apple lại im lặng đến vậy

Công nghệ

Những lợi ích tiềm ẩn của việc thêm CTO vào hội đồng quản trị của bạn – TechCrunch

Công nghệ

Xem thêm: Khái niệm khế ước là gì? Khái niệm thanh lý khế ước là gì?

Những thay đổi lớn nhất đến với iPhone, FaceTime và các ứng dụng khác

BÌNH LUẬN

Hủy trả lời

Vui lòng nhập bình luận của bạn

Vui lòng nhập tên của bạn ở đây

Comment moderation is enabled. Your comment may take some time to appear.

Bài viết mới nhất

Thể thao

Xem thêm: Phương pháp tính nguyên hàm lượng giác

Julio Jones ‘không có manh mối’ anh ta đã ở trên TV để phỏng vấn Shannon Sharpe khét tiếng

Giải trí

Kim Kardashian không chỉnh sửa vòng eo trong quảng cáo Skims

Kinh doanh

Xem thêm: Toán 10-Khảo sát hàm số bậc 2, bài tập áp dụng

Wall St giảm khi các nhà đầu tư cân nhắc rủi ro thỏa thuận thuế G7

Công nghệ

Không có MacBook Pro nào tại WWDC – Đây là lý do tại sao Apple lại im lặng đến vậy

Công nghệ

Những lợi ích tiềm ẩn của việc thêm CTO vào hội đồng quản trị của bạn – TechCrunch

Xem thêm

Kết nối với chúng tôi

333Thành viên

Thích

186Người theo dõi

Theo dõi

Chuyên mục: Kiến thức

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Check Also
Close
Back to top button