Phản ứng nhiệt hạch và Helium-3

1-    Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng tổng hợp hạt nhân, liên quan các hạt ¹p⁺ (proton) và ¹n⁰ (neutron) trong hạt nhân. Các hạt nhân của các nguyên tố khác nhau hợp lại để tạo ra một hạt nhân nguyên tố mới.

(Phản ứng chính trong bom khinh khí)

Cần phân biệt phản ứng phân rã hạt nhân: Một hạt nhân (thông thường) nhận thêm ¹n⁰ (neutron) và tự phân rã thành 1 hay nhiều nguyên tố mới.

(Phản ứng chính trong bom nguyên tử)

Và đương nhiên khác xa các phản ứng hóa học quen thuộc trong đời sống, các phản ứng hóa học thuộc về lớp electron e^- bao quanh hạt nhân. (trao đổi điện tử)

2-    Các phản ứng nhiệt hạch được viết ra thật đẹp. Phản ứng nhiệt hạch sớm nhất mà con người biết được khi kết hợp Deuterium và Tritium được viết như sau:

₁²H + ₁³H -> ₁⁴He + ¹n + 17,6 Mev   (1)

Với quy ước khi viết ₁²H là: H = ký hiệu nguyên tố, ở đây là Hydro, số 1 rất nhỏ ở trước dưới là số proton, số 2 rất nhỏ ở trước trên là số proton + neutron, n = neutron, p = proton.

Nếu gọi ₁²H là Deuterium, ký hiệu là D và ₁³H là Tritium, ký hiệu là T, phản ứng (1) có thể viết:

          D + T -> ⁴He + n + 17,6 Mev     (1)

Sau đây là bảng các phản ứng tổng hợp các hạt nhân nhẹ:

(nhấn vào để phóng to)

3-    Ở bảng trên, ta chú ý các phản ứng số (3), và (5)

₁²D + ₂³He -> ₂⁴He (3.6 MeV) + p⁺ (14.7 MeV)   (3)

₂³He + ₂³He -> ₂⁴He + 2p⁺ + 12.9 MeV      (5)

 với các đặc điểm đáng chú ý:

- Nguyên liệu là Deuterium và Helium-3, là các chất có thể tìm số lượng lớn.

- Phản ứng tạo nhiệt rất cao.

- Tia phát là p⁺ (proton) hay nói cách khác là hạt nhân Hydro, vô hại. Helium (₂⁴He) cũng thế, hoàn toàn vô hại.

Deuterium (Hydro nặng ₁²H, có thêm một neutron) có thể lọc trong nước biển vô tư. Còn Helium-3 (₂³He) mặc dù trên Trái đất khá hiếm nhưng trên Mặt trăng lại nhiều vô số. Thế là mấy cường quốc vũ trụ đua nhau lập kế hoạch khai thác thứ nguyên liệu hạt nhân tiềm năng to lớn nầy.

Tại sao phải là các cường quốc vũ trụ? Vì khai thác nguyên liệu tận Mặt trăng, nếu không là cường quốc vũ trụ có thể lên–về Mặt trăng thì không cách nào khai thác. Và đương nhiên ngoài Helium-3, các nguyên tố giá trị khác có nhiều trên mặt trăng cũng được các cường quốc ngắm nghía…

4-    Thời gian vừa qua, các báo mạng tại Việt Nam đăng nhiều bài với nội dung nước Trung Hoa có tham vọng khai thác số Helium-3 tại Mặt trăng, nhân các phi thuyền của Trung Hoa bay quanh và hạ xuống Mặt trăng làm thí nghiệm… Như đã nói ở trên, chuyện nầy các cường quốc Mỹ, Nga đã để ý từ lâu, giờ thêm Trung Hoa cũng không có gì lạ, và tương lai danh sách nầy có thể kéo dài như Anh, Pháp, Nhật, Ấn, Hàn…

Tại cuối mục 3 tôi đã viết: nguyên liệu hạt nhân tiềm năng to lớn. Tại sao lại tiềm năng? Vì:

- Khai thác nguyên liệu trong vũ trụ quy mô thí nghiệm thì dễ, nhưng quy mô công nghiệp: Khai mỏ, lọc quặng, vận tải về Trái đất… thì không dễ ăn.

- Và điều quan trọng nhất của 2 chữ tiềm năng là: Biết phản ứng xảy ra như thế, nhưng điều khiển phản ứng để sinh điện thì cả thế giới còn bí!

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).

- 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! Gần đây thì phản ứng xảy ra tốt nhưng quá ngắn!