Anh-Mỹ hợp tác khai thác nguồn năng lượng khổng lồ từ laser

Công ty AWE và Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton (Anh) vừa chính thức bắt tay cùng Hệ thống kích hoạt quốc gia (NIF) của Mỹ nghiên cứu một công nghệ mới để sản xuất năng lượng “sạch” - không phải từ gió hay sóng biển mà từ việc bắn một lượng lớn các tia laser cường độ cao vào các hạt hyđrô.

NIF dùng các hạt nhân của deuterium và tritium (các đồng vị của hyđrô) và bắn tia laser để hợp nhất các hạt này còn bằng vài phần trăm kích cỡ ban đầu của chúng. Quá trình này khiến các nguyên tử hyđrô hợp nhất, biến thành helium - phản ứng tương tự như ở bom hyđrô (bom khinh khí). Phản ứng này được kiểm soát và có thể tạo ra các dòng neutron chuyển động nhanh. Chúng có thể được dùng để đun nóng nước và quay tua-bin hơi nước, tạo ra năng lượng cung cấp cho nhà ở và doanh nghiệp.

Các thí nghiệm gần đây tại NIF đã tạo ra nguồn năng lượng to lớn từ công nghệ này bằng cách sử dụng một gian nhà có diện tích bằng một sân vận động để đặt 192 chùm tia laser. Chúng có thể bắn ra một tia sáng mạnh 500 terawatt vào một hạt chứa các nguyên tử hyđrô đường kính chỉ 1mm. Khi bắn tia laser, NIF tiêu tốn năng lượng nhiều hơn lượng điện tiêu thụ của toàn nước Mỹ. Nhưng kết quả thu về đang tăng lên. Trong thử nghiệm mới đây, năng lượng tạo ra từ phản ứng nhiệt hạch tương đương với năng lượng tiêu thụ của cả thế giới.

“Đây là một ví dụ hoàn toàn căn bản về mối liên hệ giữa nghiên cứu khoa học lý thuyết cấp cao và nhu cầu cơ bản của con người: Sự cung cấp năng lượng”, Bộ trưởng Khoa học Anh David Willets nhận định. Sự nóng chảy hạt nhân được kiểm soát - hay phản ứng trong một bom khinh khí được kiểm soát - là nguồn năng lượng sạch tuyệt vời mà các nhà khoa học bấy lâu tìm kiếm. Những thành công mới đây tại Mỹ cho thấy giới nghiên cứu đang tiến gần hơn tới mục tiêu cuối cùng của công nghệ: Một phản ứng tạo ra nhiều năng lượng hơn năng lượng nó tiêu thụ. Giám đốc NIF Ed Moses nói: “Mục tiêu của chúng tôi là có thể kích hoạt (phản ứng) trong vài năm tới”. Để đạt đến mục tiêu này, nguồn năng lượng tạo ra phải tăng khoảng 1.000 lần. Vì thế, thách thức mà công nghệ này phải đối mặt thật không nhỏ. NIF ước tính một nhà máy phản ứng nhiệt hạch laser hoạt động toàn công suất cần sử dụng đến 10 “viên” nhiên liệu hyđrô/giây để bắn tia laser. Đến nay, NIF chỉ mới bắn được 305 lần, sử dụng năng lượng trong các bình dự trữ điện.

Trước đây, những phương pháp của Anh tiếp cận với phản ứng nhiệt hạch tập trung vào một công nghệ khác - phản ứng nhiệt hạch trong bình chứa từ trường. Theo đó, một chân đế có hình bánh rán chứa một dòng hạt nhân xoay tròn được đun nóng bằng các tháp lớn bắn ra các tia phân tử gấp nhiều lần nhiệt độ ở trung tâm Mặt trời. Hệ thống Joint European Torus đặt bên ngoài Oxford đã tạo ra được những phản ứng tạo năng lượng, nhưng vẫn chưa đạt được mức mà năng lượng phản ứng tạo ra tương đương với năng lượng tiêu thụ. Bên cạnh đó, phản ứng nhiệt hạch trong bình chứa từ trường rất tốn kém. Một lò phản ứng mới trước đây dự kiến được lắp đặt ở châu Âu có mức phí lớn hơn máy gia tốc hạt lớn (LHC) - máy gia tốc hạt lớn nhất và cung cấp gia tốc mạnh nhất thế giới - và có thể là dự án khoa học đắt tiền nhất từ sau dự án Trạm Không gian Quốc tế (ISS).

Phản ứng nhiệt hạch laser trước đây được cho là tốn nhiều thời gian hơn để thành công, nhưng những kết quả mới đây cho thấy phương pháp này có thể đạt được sớm hơn. Tại Anh cũng có một dự án tương tự, có tên HIPER, được triển khai từ năm 2005.