Heli 3 - Năng lượng nhiệt hạch cho tương lai pot

Heli 3 - Năng lượng nhiệt hạch
cho tương lai
Heli (He) là nguyên tố trong bảng tuần hoàn nguyên tố hoá học có kí
hiệu He và có số hiệu nguyên tử 2. Tên của nguyên tố này bắt nguồn từ Helios,
tên của vị thần Mặt trời trong thần thoại Hi Lạp, do nguồn gốc nguyên tố này
được tìm thấy trong quang phổ trên Mặt trời. Các đồng vị của Heli có cùng số
proton, nhưng có số nơtron khác nhau trong nguyên tử, Heli có hai đồng vị
chủ yếu (2He, 3He).
Heli được dùng để dùng trongcácbóng thám không và khí cầu nhỏ do tỷ
trọng riêng nhỏ hơn tỷ trọng của khôngkhí,và như chất lỏng làm lạnh chonam
châmsiêu dẫn.Đồng vị Heli3 (3He)có nhiều ứng dụng trongcuộcsống,và một
trong những ứng dụngđó là nguồn năng lượngnhiệt hạch.
Năng lượng hạt nhân thu được dựa trên quá trình phân rã hạt nhân
lớn như: Urani… thành nhiềuhạt nhân nhỏ hơn. Ngược lại, trongphản ứng nhiệt
hạch, 2 hạt nhân nhỏ hơnkết hợpthànhhạt nhân lớnhơn đồngthờigiải phóng ra
nguồnnăng lượng.Phản ứng xảy ratronglò ITERla sự kết hợp hai đồngvị hydro:
Deuterium và Tritium. Tritiumcótính phóng xạ, lại là mộtthànhphầncủa vũ khí
hạt nhân nên cần hết sức thận trọngkhi sử dụngnó, hơnnữa, các nơtron có tính
linh động cao được sinhra có tính linh độngcao được sản sinhra từ phảnứng
Deuterium -Tritium sẽ đập vào thành lò phản ứngvà gây rathiệt hạivề cấu trúc
của lò.Người ta hy vọng có thể thay thế thành lò ITER thườngxuyên, cứ 1 dến2
năm 1lần.
Lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên cótên làInternational
Thermonuclearexperimental Reactor(ITER)đã được khởi công tại Cadarache,
Pháp, với dư định tạo raPlasma 100triệu độ vào năm 2016.Tuynhiên, cólẽ trong
vòng 20năm tới, nhà máy điện sử dụng nănglượngnhiệt hạch cũng chưathể xuất
hiện.
Các nhà khoa học đã chứng minh:chỉ cần 40 tấn Heli 3 là có thể cung cấp
năng lượng cần thiết cho nhu câu điện năng của của Hoa kỳ trong suốt 1 năm.
Heli 3 làmộtdồng vị nhẹ của nguyên tố heli,thườngđược sử dụng trong cácphản
ứng ở nhiệt độ cao, heli 3 cáchạt nhân khác giải phóng nhiều với các hạtnhânkhác

giảiphóng nhiều nănglượng hơn trong khiđó thải ra rất ítchấtthải so với các
phản ứng hạt nhân thông thường. Tuynhiên, trên Trái đất, heli 3 là “của hiếm”. nó
thưòng đượchình thành dưới dạng củasảnphẩm phụ của vũ khí hạtnhân. Người
ta có thể phải trả tới 1000 USD chomột gramheli 3. Gió mặt trời là nguồncung cấp
heli 3tương đốiổnđịnh, nhưng việc thu đượcheli 3 từ gió mặt trời là cực khó, bởi
từ trường củaTrái đất đẩy chúngđi xa.Tuy nhiên, Mặt trănglại là nguồn heli3 cực
kì rồirào, vì suốt 4,5tỉ năm nay, nóđã “cần mẫn” thu nhận khoảng 1 triệu đến 5
triệutấn heli3 từ gió mặt trời. Mặc dù vậy, để thu nhập được heli3 từ Mặt trăng
khôngdễ dàngchút nào: phải xử lý hàng trăm triệu tấn đất đá để có được 1 tấn
heli 3.
GeraldKulcínki,giám đốc Viện côngnghệ nhiệt hạch tại Đại học Wisconin
(Mỹ), cùngcác cộng đòngnghiệp đã thiết kế một hệ thốngmáy móc có thể di
chuyển đượctrên bề mặt của Mặt trăngđể lấy “đất” trênđó và sử dụng ánhsáng
mặttrời tập trung để làmnóng tới nhiệt độ 1.300 độ F(700
o
C). Kulcinski ước tính
cỗ máy của ôngcó thể sản xuất được lượng năng lượnglớn gấp 3 lần nănglượng
mà nó tiêu tốn để thực hiện côngviệc này (bao gồmcả năng lượngđếnmặt trăng
rồi quaytrở lại). Ông tính toán rằnghọ sẽ tốn khoảng 800triệuđôla để mang mỗi
tấn Heli 3 về Trái đất, bùlại có thể bán mỗi tấnHeli 3 vớigiá 10 tỉ đôla!
Mặcdù Heli3 là mộtnguồnnăng lượng nhiệt hạch sạch, tạo raít chất thải,
tuy nhiên, để giấc mơ “năng lượng Heli 3”thànhsự thực, ngoài sự khan hiếm, các
nhà khoahọccòn phải đối diện với một khókhăn khác: rất khó đốt cháy heli 3.
Để đốt cháyheli 3, cầncó nănglượng còn cao hơn để đốt cháy đồngvị Hyđro.
Kulcinski đưa ra cách tạo phảnứngnhiệt hạch Inertial ElectrostalicConfinement
(IEC)(tạm dịch là vâyhãm điện tĩch quán tính), không sử dụng từ tường để giữ
plasmanóng như ITER, mà sử dụng phương pháp đẩy các hạt nhân nhờ điện
trường. Tuynhiên, trong cácthử nghiệmnày, nguồnnănglượngđầu vào của phản
ứng nhiệt hạchIEC đều lớn hơnnhiều so với nănglượng mà nó tạo ra. Chính vì
thế, hầu hết các nhà nghiêncứu đềuđồng tình rằngheli -3chưa thể là nghiên cứu

đều đồng tìnhrằng heli3 chưa thể là nhiên liệu đầu tiênđược sử dụngtrong các lò
phản ứng nhiệthạch. Mặc dùvậy,loài người vẫn rất lạc quan Heli 3sẽ trở thành
nguồncung cấp năng lượng quan trọng trongtươnglai.
Bom khinh khí hoạt động như
thế nào
Bom Kinh khí còn gọi là bom H(bom nhiệt hạch) :
+ Cấu tạo bởi 2 phần chính : bên trong là 1 bom A ( bom
nguyên tử hay bom phân hạch) có vai trò ngòi nổ tạo điều
kiện cho phản ứng tổng hợp hạt nhân , xung quanh là 1 lớp vỏ chứa các vật
chất để tổng hợp hạt nhân , khi bom A nổ sẽ đưa nhiệt độ lên đến hàng trăm
triệu độ, khi đó sẽ dẫn đến sự tổng hợp hạt nhân 1 trong đó là sự kết hợp
giữa Li và H tao ra Heli cuối cùng tạo ra năng lượng , Bom H mạnh hơn bom A
hàng trăm lần , sức công phá của nó bằng hàng triệu tấn thuốc nổ.
Dưới nhiệt độ cựccao,hàng trăm triệu độ báchphân(°C),hainguyêntử H có
thể hợp nhân để hình thành một nguyên tử Heli. Nguyên lý bảo toàn khối lượng
không được bảo toàn, khối lượng của Heli không bằng tổng khối lượng của hai H
thành phần, nghĩa là bị hụt khối. Khối lượng hao hụt ấy đã biến thành năng lượng
dưới dạng nhiệt.Đấy là nguyên lý chế tạo bom H, còn gọi là bom khinh khí, bom
nhiệt hạch hay bom hợp hạch. Đó cũng là nguyên lý củaviệc phát sinh nănglượng
của mặt trờivà các vì sao.
Bom nguyên tử ( bom A, bomphân hạch)sử dụng nguyênliệu Uranium,bị
giới hạn bởi khối lượngtới hạn, nên không thể chế tạo lớn hơn ngưỡng xác định,
sức công phá được tínhở tầm đơnvị kiloton( nghĩa là tương đương hàng ngàn tấn
thuốcnổ TNTthôngthường).
Bom Hdo không bị giới hạn bởi khối lượng tới hạn, nên cóthể chế tạo lớn cỡ nào
cũng được,vả lại nguyên liệu Hydrodồi dàovô tận, nên sứccôngphá lớn gấphàng
ngàn lần bom nguyên tử, tínhbằng đơn vị megaton( triệu tấn TNT).
Để có được nhiệt độ cao để kích hoạt phản ứng hợp hạch dây chuyền, ngườita
dùngmột quả bom nguyên tử nổ mồi, đấy là kỹ thuậtcổ điển, về saungườita dùng
tia Laser, gọnnhẹ hơn và…sạch hơn.