Phân rã và tổng hợp nguyên tử.

1- Chúng ta đã quen với phân rã nguyên tử U235 hay Pu239. Bom làm từ 2 nguyên tố nầy quen được gọi là bom nguyên tử. (Bom hạt nhân nào chả tác động chuyển hóa đến cấp nguyên tử? Tuy nhiên cách gọi trên là lịch sử, đã quen dùng rồi).

Khi U235 và Pu239 phân rã tạo nên nguyên tố mới, chúng phóng ra nguồn năng lượng khủng khiếp từ khối lượng dôi dư; bên cạnh đó còn để lại các đồng vị U và Pu không tham gia phân rã tạo nên chất thải phóng xạ.

2- Phản ứng phân rã hạt nhân của U235 và Pu239 phóng năng lượng khổng lồ được ứng dụng đầu tiên cho chiến tranh: Bom nguyên tử. Nhanh sau đó U235 được dùng trong các nhà máy điện nguyên tử hay các lò phản ứng hạt nhân nói chung, sở dĩ ứng dụng được vì chúng ta khống chế được quá trình phản ứng hạt nhân nầy bằng cách làm chậm các neutron phóng ra. Thuật ngữ cho quá trình nầy là phản ứng phân rã có điều khiển. (Bom nguyên tử là phản ứng phân rã không điều khiển).

3- Các nhà khoa học lại biết được phản ứng tổng hợp hạt nhân cũng phóng ra năng lượng khổng lồ do khối lượng dôi dư. Ứng dụng đầu tiên cũng là chiến tranh: Bom nầy được gọi là bom nhiệt hạch (Bom hạt nhân nào chả phóng nhiệt từ hạt nhân? Nhiệt hạch ở đây nhấn mạnh phải nâng nhiệt của hạch lên rất cao mới xẩy ra phản ứng. Cách gọi trên là lịch sử, đã quen dùng rồi). Từ chính xác quen nghe hơn là bom khinh khí.

4- Khinh khí là khí nhẹ, liên quan đến khí hydro.

Hydro đơn giản nhất có 1 electron quay quanh nhân chỉ 1 proton. Đồng vị nầy chiếm đa số, viết là ¹H.

Bên cạnh đó, một số ít hydro trong hạt nhân lại chứa thêm 1 hay 2 neutron, viết là ²H (deuterium) và ³H (Tritium). Chính hai đồng vị của hydro nầy tham gia phản ứng tổng hợp hạt nhân.

[deu = hai = có 2 hạt trong nhân; tri = ba = có 3 hạt trong nhân].

Phản ứng tổng hợp hạt nhân như sau: ²H + ³H -> ⁴He + 14 MeV

Đây là phản ứng tổng hợp hạt nhân chủ yếu trong lòng các ngôi sao, từ đồng vị hydro tạo ra helium.

5- Như đã nói trên, phản ứng tổng hợp hạt nhân cần nâng nhiệt ban đầu lên rất cao thì phản ứng mới xảy ra. Với bom khinh khí, người ta cho nổ 1 trái bom nguyên tử, mà trong lòng lại chứa một lượng ²H và ³H. Nhờ năng lượng từ nổ bom nguyên tử, phản ứng tổng hợp hạt nhân được thực hiện và phóng thích nguồn năng lượng lớn gấp hàng chục lần bom nguyên tử. Đây là phản ứng tổng hợp hạt nhân không điều khiển.

6- Điều khiển được phản ứng tổng hợp hạt nhân là ước mơ của loài người hơn 50 năm nay: nguồn lợi thì nhiều mà khó quá! Đầu tư vào việc nầy có Mỹ, Nga và Liên minh Châu Âu. Đã chi hàng chục tỷ đô la vào thí nghiệm nhưng chưa thu về điều gì ngoài kinh ngiệm thất bại (vì thất bại là mẹ thành công).

a- Lợi:

- Nguồn năng lượng phóng thích từ phản ứng tổng hợp nguyên tố nhẹ rất lớn hàng chục lần so với phân rã nguyên tử.

- Nguồn nhiên liệu là khí Hydro (²H và ³H ) thì vô tận.

- Sản phẩm phản ứng (²H + ³H )  là khí Helium, hoàn toàn không có chất thải phóng xạ.

b- Khó:

- Phải tạo môi trường phản ứng có nhiệt độ hàng triệu độ C.

- Lấy vật liệu gì để chứa môi trường nóng hàng triệu độ như thế?

Người ta đang dùng từ trường cực mạnh để giữ tụi hydro phản ứng, chiếu laser hội tụ vào để nâng nhiệt mong phản ứng xảy ra.

Thành quả trong hơn 50 năm qua là năng lượng cung cấp cho phản ứng luôn luôn lớn hơn năng lượng tổng hợp nhiệt hạch phóng thích!

7- Hy vọng hiện nay:

Đột phá trong sản sinh năng lượng nhiệt hạch (Báo vietnamnet.vn)

Trích:

Nhóm nghiên cứu đến từ cơ sở National Ignition Facility (NIF) của Mỹ tuyên bố, họ là những người đầu tiên có thể tìm cách tạo ra năng lượng từ một phản ứng nhiệt hạch nhiều hơn số nhiên liệu cần để khởi phát nó. Theo tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu đã cố định 192 tia laser vào một điểm hẹp hơn chiều rộng một sợi tóc người để tạo ra đủ năng lượng ép nén một viên nang chứa nhiên liệu tới kích thước bằng 1/35 kích thước ban đầu của nó.

Chỉ kéo dài trong không đầy một phần tỷ giây, phản ứng sản sinh ra khoảng 17.000 jun, tương đương năng lượng lưu trữ trong 2 cục pin AA. Mặc dù "khiêm tốn", nhưng theo nhóm nghiên cứu, số năng lượng thu được cao hơn số năng lượng ước tính cần để kích hoạt phản ứng (9.000 - 12.000 jun).

Các tác giả nói, thành quả thu được gấp 10 lần những gì từng thu được trước đó. Dẫu vậy, vẫn còn một số hạn chế, chẳng hạn như phản ứng không duy trì liên tục. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh, họ cần phải tiếp tục cải tiến phương pháp và tăng gấp 100 lần số năng lượng thu hoạch được từ phản ứng để giải đáp thách thức về tính hiệu quả của việc sử dụng cách làm này.

Tuấn Anh (Theo Daily Mail)

Hy vọng cho ngày mai!