Khác biệt với phản ứng phân hạch hạt nhân, trong đó năng lượng được giải phóng từ sự phân tách nguyên tử uranium. Phản ứng nhiệt hạch rất an toàn khi nó không bao giờ nóng chảy trong trường hợp có sự cố mất điện. Lò phản ứng nhiệt hạch sẽ khai thác năng lượng dựa trên phản ứng hợp nhất hai nguyên tử hydro thành heli. Chi phí hoạt động cũng rẻ hơn bởi nguyên liệu hydro có thể khai thác từ nước biển. Giờ đây công ty Tokamak Energy đã phát triển thành công thiết bị tổng hợp hạt nhân với kích thước rất nhỏ. Hôm nay chúng tôi xin gửi đến bạn đọc bài viết ‘Công ty Anh phát triển lò nhiệt hạch thương mại’.
Mục lục
Tokamak Energy phát triển thiết bị tổng hợp hạt nhân
Khác với lò phản ứng phân hạch hạt nhân thông thường. Trong đó năng lượng được giải phóng. Từ quá trình tách nguyên tử uranium. Nhà máy năng lượng nhiệt hạch không bao giờ nóng chảy. Lò phản ứng nhiệt hạch dựa trên phản ứng hợp nhất hai nguyên tử hydro thành heli. Và giải phóng năng lượng khổng lồ, chỉ lạnh đi khi bị trục trặc. Hơn nữa, nhiên liệu của lò phản ứng này không tạo ra khí thải. Và có chi phí rẻ bởi vật liệu thô là hydro có thể khai thác từ nước biển.
Phiên bản nhỏ di động của lò phản ứng có thể cung cấp năng lượng cho máy bay và tàu container. Giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO2. Nhiệt sinh ra từ lò phản ứng nhiệt hạch có thể được khai thác. Thông qua thiết bị do nhóm nghiên cứu ở Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh tại Oxfordshire sáng chế, gọi là bộ rẽ hướng. Nguồn nhiệt này sẽ phục vụ làm nóng hơi nước để quay turbine. Phát điện giúp cung cấp năng lượng cho các động cơ đẩy.
Ứng dụng của thiết bị tổng hợp hạt nhân vô cùng đa dạng
Theo tiến sĩ David Kingham, người đồng sáng lập kiêm phó chủ tịch Tokamak Energy. Trong vòng vài tuần tới, lò phản ứng ST 40 trong khu công nghiệp. Ở thung lũng Thames gần Didcot. Sẽ vượt qua cột mốc quan trọng khi dòng plasma đạt nhiệt độ 100 triệu độ C. Nóng hơn 6 lần so với lõi Mặt trời (khoảng 15 triệu độ C).
Ông nhấn mạnh công ty đang trên đà cung cấp. Nhà máy điện nhiệt hạch thương mại đầu tiên trên thế giới vào cuối thập niên 2030. Nhiều nhà máy sẽ được mở trên toàn cầu với thiết bị do Anh sản xuất. Mỗi cỗ máy có công suất ổn định là 150 MW. Đủ để đáp ứng nhu cầu điện cho thành phố 150.000 dân như thành phố Oxford ở gần đó.
Nhà máy Didcot thu hút 207,6 triệu USD từ các nhà đầu tư tư nhân. Cùng với kinh phí 13,8 triệu USD từ chính phủ. Hiện nay, số lượng nhân sự của nhà máy là 165 người. Bao gồm các nhà khoa học hàng đầu từ Anh và khắp nơi trên thế giới. Con số này sẽ tăng gấp đôi vào cuối năm sau. Khi công ty mở thêm phòng thí nghiệm và phân xưởng mới.
Nhiều đối thủ phát triển năng lượng nhiệt hạch thương mại
Các lò phản ứng khác sử dụng nam châm điện từ để duy trì dòng plasma. Chúng được chế tạo từ chất siêu dẫn. Vật liệu không cản trở dòng điện khi nguội tới gần độ 0 tuyệt đối là -273 độ C. Nhưng duy trì nhiệt độ thấp như vậy cần năng lượng khổng lồ. Nhiều đến mức tiêu hao phần lớn công suất của lò phản ứng. Để giải quyết vấn đề này, Tokamak Energy đã phát triển. Và xin cấp bằng sáng chế nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao. Chỉ tiêu hao 1/10 năng lượng, sử dụng hợp chất đất hiếm bari đồng oxit.
Cải tiến thứ hai của công ty nằm ở hình dáng lò phản ứng giống quả táo có lõi. Các thiết kế trước đây đều có hình bánh vòng. Thay đổi này giúp thiết kế của công ty hiệu quả hơn hẳn. Kết hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Với lò phản ứng hình cầu mang lại lợi thế lớn. Khiến loại năng lượng này rẻ hơn rất nhiều, theo Kingham.
Một số đối thủ tư nhân khác của Tokamak Energy. Cũng đang gấp rút phát triển năng lượng nhiệt hạch thương mại. Bao gồm hãng Lockheed Martin ở Mỹ và tỷ phú Jeff Bezos. Người vừa công bố kế hoạch xây dựng nhà máy riêng ở Oxfordshire. Ngoài ra, dự án quốc tế ITER, lò phản ứng thử nghiệm do 35 quốc gia hợp tác xây dựng nằm ở miền nam nước Pháp. Đã đi vào khởi công năm 2007 và dự kiến vận hành cuối thập niên 2020. ITER có kích thước tương đương 60 sân bóng đá. Trong khi mô hình lò của Tokamak Energy chỉ lớn bằng một ngôi nhà bình thường.
Tìm hiểu chi tiết phản ứng nhiệt hạch
Phản ứng tổng hợp hạt nhân hay phản ứng nhiệt hạch, phản ứng hợp hạch, trong vật lý học, là quá trình giữa 2 hạt nhân trở lên hợp lại với nhau để tạo nên một hạt nhân mới nặng hơn. Cùng với quá trình này là sự phóng thích năng lượng hay hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạt nhân tham gia. Nhân sắt và nickel có năng lượng kết nối nhân lớn hơn tất cả các nhân khác nên bền vững hơn các nhân khác. Sự kết hợp hạt nhân của các nguyên tử nhẹ hơn sắt và nickel thì phóng thích năng lượng trong khi với các nhân nhẹ hơn thì hấp thụ năng lượng.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là một trong hai loại phản ứng hạt nhân. Loại kia là phản ứng phân hạch. Phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nguyên tử nhẹ tạo ra sự phát sáng của các ngôi sao và làm cho bom hydro nổ. Phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nhân nặng thì xảy ra trong điều kiện các vụ nổ sao (siêu tân tinh).
Phản ứng tổng hợp hạt nhân trong các sao và các chòm sao là quá trình chủ yếu tạo ra các nguyên tố hóa học tự nhiên. Nhiên liệu thường dùng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân là các đồng vị deuterium và tritium của hydrogen. Các đồng vị này có thể trích lấy dễ dàng từ thành phần nước biển, hoặc tổng hợp không mấy tốn kém từ nguyên tử hydrogen.
