Dùng laser tạo vụ nổ năng lượng mạnh kỷ lục Leave a comment

Nhóm nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore ở Bắc California sử dụng 192 tia laser khổng lồ ở cơ sở National Ignition Facility (NIF) để chiếu vào một viên nhiên liệu nhỏ có kích thước bằng hạt đậu. Thí nghiệm giải phóng 1,3 megajoule năng lượng trong 100/1.000 tỷ giây, tương đương 10% năng lượng của ánh sáng Mặt Trời chiếu tới Trái Đất mỗi khắc và bằng khoảng 70% năng lượng mà viên nhiên liệu hấp thụ từ tia laser. Các nhà nghiên cứu hy vọng một ngày nào đó có thể đạt tới “ngưỡng đánh lửa”, khi năng lượng phát ra bằng hoặc lớn hơn năng lượng hấp thụ.

Hiệu suất năng lượng trên lớn hơn nhiều so với kỳ vọng của nhóm nghiên cứu và vượt xa kỷ lục trước đó là 170 kilojoule do họ thiết lập hồi tháng 2 năm nay. Kết quả thu được có thể mở rộng khả năng nghiên cứu vũ khí nhiệt hạch của phòng thí nghiệm, đồng thời mở ra phương pháp mới để thu hoạch năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch, quá trình cung cấp năng lượng cho Mặt Trời và những ngôi sao khác. Một số nhà khoa học hy vọng trong tương lai, phản ứng nhiệt hạch sẽ trở thành phương pháp sản xuất điện tương đối an toàn và bền vững trên Trái Đất.

Các nhà máy năng lượng hạt nhân sử dụng phản ứng phân hạch, sản sinh năng lượng bằng cách phân chia hạt nhân nặng của nguyên tố như uranium và plutonium thành hạt nhân nhẹ hơn. Nhưng những ngôi sao có thể sinh ra nhiều năng lượng hơn từ phản ứng nhiệt hạch hay còn gọi là phản ứng hợp hạch, trong đó hạt nhân nhẹ va chạm vào nhau và tạo ra nguyên tố nặng hơn. Các ngôi sao có thể hợp nhất nhiều nguyên tố khác nhau, bao gồm carbon và oxy, nhưng nguồn năng lượng chính của chúng đến từ sự hợp nhất hydro thành heli. Do ngôi sao quá lớn và có lực hấp dẫn cực mạnh, quá trình hợp hạch xảy ra dưới áp suất rất cao bên trong ngôi sao.

Phần lớn nỗ lực sản xuất năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất như dự án ITER đang xây dựng ở Pháp sử dụng một buồng dạng vòng gọi là tokamak để giữ plasma của hydro nóng bên trong từ trường mạnh. Giới khoa học và kỹ sư đã làm việc hơn 60 năm để đạt phản ứng nhiệt hạch bền vững bên trong tokamak và chỉ đạt thành công hạn chế. Nhưng một số nhà khoa học cho rằng họ có thể duy trì phản ứng nhiệt hạch ở lò tokamak trong vòng vài năm tới.

Phương pháp do Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore phát triển là một trong vài cách tạo phản ứng nhiệt hạch mà không cần sử dụng lò tokamak. Thay vào đó, NFI sử dụng hàng loạt bộ khuếch đại tia laser để tập trung chùm laser vào viên nhiên liệu hydro nằm trong buồng mục tiêu bằng kim loại hình cầu rộng 10 m. Đây là những tia laser mạnh nhất thế giới, có thể sản sinh 4 megajoule năng lượng. Phương pháp ban đầu được thiết kế để các nhà khoa học có thể nghiên cứu hành vi của hydro trong vũ khí nhiệt hạt nhân nhưng họ cho rằng nó có nhiều ứng dụng đối với sản xuất năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch.

Thí nghiệm của NIF không thể sử dụng trong nhà máy điện do chỉ có thể bắn các tia laser mỗi ngày một lần trong khi nhà máy điện cần làm bay hơi vài viên nhiên liệu mỗi giây. Dù vậy, các nhà nghiên cứu đang tìm cách điều chỉnh quá trình để có thể sử dụng ở quy mô thương mại.

An Khang (Theo Live Science)