Tổng hợp hạt nhân

Các nhà vật lý hạt nhân đã tiến đến gần thời điểm có thể chế ngự một năng lượng sạch hầu như vô tận: Năng lượng tổng hợp nhiệt hạch (fusion thermonucleaire – tổng hợp hai hạt nhân nguyên tử ) trong một tương lai gần 2030-2035. Mục tiêu của tổng hợp hạt nhân: giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và bảo đảm tương lai năng lượng cho nhân loại bền vững đầy đủ trong nhiều triệu năm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp hạt nhân THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN TỔNG HỢP HẠT NHÂN Các nhà vật lý hạt nhân đã tiến đến gần thời điểm có thể chế ngự một năng lượng sạch hầu như vô tận: năng lượng tổng hợp nhiệt hạch (fusion thermonucleaire – tổng hợp hai hạt nhân nguyên tử ) trong một tương lai gần 2030-2035. Mục tiêu của tổng hợp hạt nhân: giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và bảo đảm tương lai năng lượng cho nhân loại bền vững đấy đủ trong nhiều triệu năm. 1. NGUYÊN LÝ Phản ứng trên viết lại theo ký hiệu thường dùng : Sau đây là một phản ứng tổng hợp hạt nhân: 2 1 D+31T → 42 He (3,5 MeV)+n (14,1 Mev). Vậy nếu thực hiên được phản ứng tổng hợp thì chúng ta thu được năng lượng Phản ứng trên thông dụng trong nghiên cứu, công nghệ và quân sự. Deuterium và tritium là nguyên tố đồng vị tự nhiên của hydrogen. Muốn có được tổng hợp hạt nhân phải làm xích gần hai hạt nhân ban đầu đến khoảng ~ 10 - 14 m để vượt qua hàng rào Coulomb. Vậy phải có nhiệt độ rất cao (tương đương hoặc cao hơn nhiệt độ trên mặt trời → khoảng 150.000.000 degrees Cel- sius—10 lần lớn hơn trong các phản ứng H trên mặt trời ). Ở nhiệt độ cao như vậy (~ hàng nghìn triệu độ) Hình 1. Phản ứng tổng hợp hạt nhân cho ta thì hệ biến thành plasma – mọi nguyên tử đều bị ion hóa.Người ta vì thế gọi đây là phản ứng nhiệt năng lượng hạch. H2(deuterium)+H3 (tritium) → H4 (Helium4) + Vì nhiệt độ rất cao nên không có thành bình nào n (neutron) chịu nổi, người ta phải dùng từ trường để giam 28 Số 63 - Tháng 6/2020 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN giữ plasma. Phản ứng nhiệt hạch là cơ sở để chế Saint-Paul-Lez-Durance (Pháp). tạo bom khinh khí 1 (November 1952, Ivy Mike Trong tokamak một plasma đồng vị H (nung đến hydrogen bomb test) và đồng thời cũng là cơ sở 150 độ Celsius) bị giam cầm trong một từ trường để xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch. Tổng hợp hạt dạng vành đai (tore). ITER gồm 24 nam châm nhân giải phóng 17,59 MeV (xem hình 1), năng siêu dẫn (mỗi nam châm 300 tấn). lượng nhiều triệu lần lớn hơn năng lương cung cấp bởi các phản ứng sử dụng carbon. Nhiên liệu 2 / Greifswall – Đức , Helicoidal Wendelstein 7-X cho tổng hợp hạt nhân (đồng vị H) chứa trong 3 / NIF-sử dụng laser.Địa điểm LIVERMORE nước các đại dương vì thế xem như vô tận. Tổng (Californie) hợp hạt nhân cho nhiều năng lượng hơn phân hạch hạt nhân và các phản ứng hóa học. 4 / MagLif →machine Z (Albuquerque-Mỹ) 5 / Máy nén (Burnaby-CANADA) Hình 4. Phân bố các máy nghiên cứu tổng hợp hạt Hình 2. Tổng hợp hạt nhân cung cấp nhiều năng nhân trên thế giới lượng hơn tất cả Nguyên lý hoạt động Sau đây là một số lò phản ứng nhiệt hạch phân bố trên thế giới. Nói chung nguyên lý hoạt động các máy vừa kể trên là tương tự : giam giữ một hệ khó bị giam giữ 1/ TOKAMAK 9 (ITER) là plasma bằng từ trường , để thực hiện nguyên lý Tokamak” (các chữ cái đầu của tiếng Nga) trên người ta có thể dùng những công nghệ khác тороидальная камера c магнитными nhau (giam cầm từ trường-confinement magnet- катушками,Toroidalnaia kamera s magnitnymi ique, từ trường quán tính-magneto-inertiel, nén- katushkami-buồng với các cuộn từ dạng xoáy). compression). Có thể phân biệt các công nghệ ITER,=International Thermonuclear Experimen- qua mật độ trung bình của plasma theo hình 5: tal Reactor. Hình 5. Minh họa các công nghệ qua hình dáng từ trường và mật độ plasma Hình 3. Tokamak Các công nghệ (theo hình dáng từ trường và mật độ plasma – hình 5) Các tokamak xây dựng trên ý tưởng của Igor Tamm và Andrei Sakharov, và Oleg Lavrentiev. 1/ Giam cầm từ trường (Confinement magné- Có 35 nước tham gia (TQ, Ấn độ , Mỹ, UE,…), tique): giam cầm plasma vào giữa một từ trường Số 63 - Tháng 6/2020 29 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN mạnh có dạng của một hình xuyến (tore),các yếu ngự một năng lượng có một không hai cho loài tố đóng góp nhiệt độ ([2] trang 456): nhiệt trở người-năng lượng tổng hợp ...