Xây dựng mặt trời nhân tạo

Khởi tạo bởi : tinkhoahoc |  Đăng bởi : tinkinhte  | Cập nhật: 28/10/2009 23:54

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế mang tên Côte d'Azur đang có kế hoạch xây dựng mặt trời nhân tạo nhằm cung cấp điện năng cho con người.

Tuy khó thực hiện nhưng về nguyên tắc các nhà khoa học vẫn có thể tạo ra một mặt trời khác, miễn là họ có hàng nghìn tấn thép và ximăng, cộng thêm nhiều vật liệu khác như: Beryli (beryllium), niobi (niobium), titan (titanium), vonfam, tungsten, hợp chất cực lạnh nitơ-heli, và số tiền xây dựng khoảng 10 tỉ đô la.

“Mặt trời” nhân tạo trên được đặt tên ITER, còn được gọi là Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế.

Đây là một dạng cao cấp hơn của nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân, hoạt động trên nguyên tắc tổng hợp hai chất đồng vị hydrô nặng để giải phóng những nguồn năng lượng cực mạnh. 

Trên lý thuyết, các phản ứng này sẽ tạo ra những nguồn điện “sạch” không carbon, và cũng không độc hại như các chất thải hạt nhân hiện nay.

Nếu nói là phản ứng hạt nhân tổng hợp thì tại sao trước đây các nhà khoa học lại không nghĩ tới ý tưởng này?

Trước hết là bởi khái niệm phản ứng hạt nhân tổng hợp tuy đơn giản nhưng để xây dựng hệ thống vận hành chúng mới khó. Ngoài ra, bản thân các hạt nhân lại là các thành phần khó lường: Mỗi hạt nhân mang trong mình một điện tích dương nên chúng luôn đẩy nhau, chính vì vậy việc kết hợp hai hạt nhân rất khó. Chỉ ở nhiệt độ cực cao, những hạt nhân này mới kết hợp với nhau để giải phóng năng lượng.

Điều này cũng tương tự như mặt trời. Tại đây, sức nóng được tạo ra từ phản ứng giữa các hạt nhân hydro. Tuy nhiên, phản ứng là khá chậm nên nguồn năng lượng của mặt trời có thể giúp nó duy trì hoạt động tới hàng tỉ năm. Còn tại nhà máy năng lượng hạt nhân tổng hợp, nhiêu liệu cần phải được con người đốt cháy chứ không phải do tự nhiên.

Các chất đồng vị nặng như đơteri (deuterium) và Triti (tritium) dễ cháy hơn so với hydrô gốc, nhưng dù vậy thì nhiệt độ bên trong ITER cũng lên khoảng 150 triệu độ kelvin, gấp 10 lần nhiệt độ tại trung tâm mặt trời.

Do nhiệt độ quá lớn nên các vấn đề về kỹ thuật cũng rất khó triển khai, nhất là làm thế nào để chứa plasma điện tử và hạt nhân nguyên tử trong môi trường có sức nóng khủng khiếp này. Các nhà khoa học đã nghĩ ra phương pháp sử dụng vòng từ trường để lưu trữ plasma.

Thiết kế của ITER khá giống với một số lò phản ứng thí nghiệm trước đây. Cụ thể, năng lượng hạt nhân được lưu trữ bên trong lò phản ứng hình tròn gọi là Tokamak. Từ trường bên ngoài vòng ITER kết hợp với nhau tạo ra trường xoắn ốc để giữ dung dịch plasma cực nóng tại chỗ. Để tạo ra vòng từ trường đó, ITER sử dụng các vòng hợp kim siêu dẫn niobi nặng tổng cộng 10.000 tấn và được làm lạnh bằng heli lỏng.

Trở ngại lớn nhất đối với ITER chính là vòng từ trường bởi nó không thể gia cố một cách chắc chắn. Các dòng plasma siêu nóng sẽ tạo ra các tia X, giải phóng điện tích, đồng thời phản ứng tổng hợp cũng sẽ tạo ra các nơtron năng lượng cao. Vì vậy, mặc dù đã có vòng từ trường nhưng dòng chảy plasma vẫn dội vào các bức tường xung quanh, tạo ra các dòng hơi nóng cực mạnh, điều mà các lò phản ứng hạt nhân phân hạch (nuclear fission reactor) trước đây không làm được.

Một lần nữa, tính thực tế lại là một thử thách. Đó là việc xây dựng bức tường hạt nhân chính, hay còn gọi là “tấm chăn”, được làm từ 440 tấm thép không gỉ, mỗi tấm dày chừng nửa mét và được phủ bằng các đường ống nước áp suất cao.

Tấm chăn thép này sẽ hút gần như tất cả nơtron làm nóng “tấm chăn” từ bên trong. Các ống nước phải được đặt sít vào nhau, không cách quá 2,5cm, nếu không bức tường thép sẽ bị nóng nên và rất nguy hiểm.

Các tấm thép và berili cũng được gắn với nhau nhờ lực phản ứng giữa dòng điện từ trường điện từ đi qua chúng. Mỗi tấm nặng bốn tấn này sẽ chịu một lực lên tới 100 tấn, do vậy chúng phải được gia cố một cách rất cẩn thận và chắc chắn.

Theo các nhà hoa học, việc thiết kế module tấm chăn là một trong những thử thách lớn nhất về mặt kỹ thuật của mặt trời nhân tạo. Nếu không có gì thay đổi, “Mặt trời nhân tạo” ITER sẽ được hoàn thiện vào năm 2018.

(Theo Tạp chí hoạt động khoa học // TP)