TiaSang
Thứ 3, Ngày 21 tháng 9 năm 2021
Khoa học và Công nghệ

Tổng hợp nhiệt hạch: Tham vọng của Trung Quốc

10/11/2010 14:10 -

Trong cuộc phỏng vấn mới đây, ông Jiangang Li, lãnh đạo Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (TQ), cho biết nước này đang nỗ lực tổng hợp nhiệt hạch với lò phản ứng Tokamak nhằm giải quyết vấn đề năng lượng.

Với lò phản ứng loại "Tokamak" ông có ý định thực hiện tổng hợp nhiệt hạch trên bán đảo nghiên cứu ở TP Hợp Phì (Hefei). Thưa ông, ông hy vọng gì ở công nghệ mới chỉ có thể hoạt động về mặt lý thuyết này?

TQ có nhu cầu rất lớn về năng lượng và cho đến nay TQ vẫn phụ thuộc vào nguồn tài nguyên than của mình. Các dạng năng lượng thay thế như năng lượng mặt trời, năng lượng gió không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong những thập niên tới. Vì thế khai thác năng lượng nhiệt hạch rõ ràng là một giải pháp lý tưởng.

Chỉ có điều, cho đến nay chưa có ai thành công trong lĩnh vực này. Vậy thưa ông cái khó trong việc tổng hợp nhiệt hạch là gì?


Chúng ta tìm cách bắt chước những gì diễn ra trên mặt trời trong lò phản ứng của mình. Ở đó các nguyên tử hydro hợp nhất lại thành Helium dưới nhiệt độ cực cao – trong quá trình đó một lượng lớn năng lượng được giải phóng. Do lực đẩy của hai nguyên tử helium quá lớn để có thể thực hiện sự hợp nhất của chúng trong điều kiện trái đất vì thế chúng tôi sẽ sử dụng Deuterium, một đồng vị của hydro. Để có thể thực hiện sự hợp nhất chúng ta phải nung các đồng vị trong lò phản ứng tối thiểu ở nhiệt độ 100 triệu độ C, để chúng trở thành trạng thái Plasma.

Và ông lại phải hạ nhiệt độ làm lạnh siêu dẫn trong lò phản ứng ở nhiệt độ âm 269 độ C…


Đúng như vậy. Các nam chân siêu dẫn dạng cuộn mà chúng tôi dùng trong lò phản ứng của mình cũng được chế tạo tại Viện Vật lý Plasma ở Hợp Phì. Công cuộc nghiên cứu về chất siêu dẫn cũng là sự đóng góp chủ yếu của chúng tôi đối với Dự án quốc tế về tổng hợp nhiệt hạch Iter.

"Iter" theo tiếng la tinh có nghĩa là "con đường" và là tên của dự án cộng đồng quốc tế về phát triển lò phản ứng nhiệt hạch nhằm khai thác năng lượng, mục đích là dọn đường để tạo ra ngọn lửa nhiệt hạch theo hình mẫu của mặt trời. Kỹ thuật này sau đó sẽ được áp dụng trong các nhà máy điện. Để đạt được mục đích này các nhà nghiên cứu phải giải quyết được vấn đề bao vây plasma hydro trong từ trường và tạo được nhiệt độ nung chảy lên đến 200 triệu độ. Chất đốt dùng cho lò phản ứng-Iter là phóng xạ Tritium, chất này liên tục tái hình thành trong vỏ của lò phản ứng và được tạo nên từ Lithium.


Tại châu Âu đang diễn ra tranh luận sôi nổi về vấn đề này. Dường như tất cả các nước tham gia dự án đều muốn tái phát minh cái bánh xe. Tất cả các nước tham gia đều tìm cách vận hành lò phản ứng của riêng mình, thay vì mỗi nước đóng góp một bộ phận để tạo nên một tổng thể. Chính vì thế chi phí đã tăng vọt: Hiện nay theo ước tính con số này đã lên tới 15 tỷ Euro. Ông có ý kiến gì về cuộc tranh cãi hiện nay?

Theo tôi biết thì mỗi nước thành viên tham gia Dự án Iter phải chịu một khoản kinh phí khoảng 1,9 tỷ Euro – và khoản tiền này rải ra trong mười năm. Đây là khoản tiền nhỏ so với một dự án nghiên cứu cỡ này. Và mặc dù so với TQ hay Ấn Độ thì nước Đức giầu có hơn nhiều, nhưng chúng tôi cũng như người Ấn Độ đầu tư nhiều tiền của hơn cho việc nghiên cứu tổng hợp nhiệt hạch vì một lý do đơn giản: chúng tôi khẩn cấp cần phải có nguồn năng lượng mới này vì sự tăng trưởng của mình cũng như vì tương lai lâu dài. TQ và các nước khác có hoàn cảnh tương tự sẽ tiếp tục phát triển lò phản ứng ngay cả khi không có sự tham gia của Đức.

Thưa ông, liệu có quá rủi ro không khi mà một nước như TQ lại hy vọng quá nhiều vào một công nghệ của tương lai mà hiện nay chưa thể biết liệu công nghệ đó có hoạt động được hay không?

Xin ông nhớ cho rằng chính phủ TQ chi một khoản tiền nhiều gấp mười lần để phát triển năng lượng tái sinh như năng lượng mặt trời và năng lượng gió so với tổng hợp nhiệt hạch. Hơn nữa TQ còn tìm cách sử dụng tài nguyên than có hiệu quả hơn. Trong tương lai, TQ cần tất cả các nguồn năng lượng này để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của mình. Mới đây chính phủ đã quyết định, từ nay đến năm 2050, sẽ xây dựng tổng cộng 500 nhà máy điện nguyên tử – và ngay cả những nhà máy này cũng chỉ có thể đáp ứng từ 10 đến 12% nhu cầu năng lượng cả nước.

Thưa ông, ở châu Âu ít nhiều có sự hoài nghi về tiến bộ khoa học của TQ. Tin tức về 500 nhà máy điện nguyên tử mới ở TQ cũng làm cho nhiều người Đức lo lắng. Thường có ý kiến cho rằng, TQ giỏi trong việc sao chép, nhưng lại tồi trong việc phát triển công nghệ của mình. Ông nói gì về định kiến này?

Người TQ chúng tôi có truyền thống chỉ giới thiệu với khách của mình về những cái tốt đẹp nhất. Nhưng điều đó có thể dẫn đến một hình ảnh sai lệch. Thí dụ Thượng Hải không phải là TQ "thật sự". Để dẫn đầu thế giới về mặt khoa học tôi nghĩ chắc phải mất khoảng một trăm năm nữa. Nhưng chúng tôi cố gắng để lấp khoảng cách so với các nước khác.

Thưa ông, chẳng phải TQ đã đề ra mục tiêu, sẽ trở thành quốc gia dẫn đầu về nghiên cứu trong vòng 40 năm nữa?


Nói thật nhé, tôi cho rằng điều này không thực tế.

Vậy để đạt được mục tiêu đó TQ thiếu cái gì, thưa ông?

Tôi nghĩ rằng chỉ có một số ít người thông minh là không đủ. Phải làm sao để giáo dục đến được với mọi người. Hiện nay số sinh viên ở TQ liên tục tăng nhưng cũng chỉ có khoảng từ 10 đến 20% thanh niên TQ được đến trường đại học. Hiện tại TQ đã có những nhà chuyên môn hàng đầu thực sự xuất sắc. Nhưng trình độ này còn xa vời với đông đảo quần chúng.

Bản thân ông chưa từng nghiên cứu ở nước ngoài – nhưng đã hợp tác ngay từ những năm chín mươi với tổ chức Joint European Torus (Jet) ở Culham (Anh), đây là nơi có lò phản ứng nhiệt hạch loại lớn nhất ở châu Âu. Theo ông sự khác nhau lớn nhất trong lĩnh vực nghiên cứu giữa TQ và châu Âu là gì?

Tôi nghĩ, đôi khi giới chính khách ở Đức hơi bị trì trệ, vì người ta luôn muốn đạt được sự đồng thuận trong mọi vấn đề rồi mới ra quyết định. Trong khi ở TQ một khi chính phủ đã ra quyết định, thí dụ, về một dự án nào đó, thì chỉ sau một tháng đã có thể tiến hành dự án được rồi. Đấy là điểm mạnh của hệ thống chúng tôi.

Thưa ông, vậy dư luận TQ đối với vấn đề tổng hợp nhiệt hạch như thế nào?

Bất kỳ một người lái xe taxi nào ở Hợp Phì đều biết đến cơ sở của chúng tôi. Và đã có phóng viên gọi lò phản ứng Tokamak của chúng tôi là "mặt trời nhân tạo". Tất nhiên cũng có một số người lo sợ: một số người nghĩ rằng chúng tôi đang mầy mò với bom nguyên tử. Nhưng đa số thì tỏ ra phấn khởi. Cho đến nay chúng tôi đã thực hiện hai lần "ngày mở cửa" và nhiều người ở những nơi rất xa đã kéo về Viện để xem lò phản ứng của chúng tôi.

Ông đã nói TQ cần có tổng hợp nhiệt hạch để đáp ứng nhu cầu về năng lượng trong tương lai – song song với năng lượng nguyên tử, nhiên liệu hóa thạch và năng lượng tái sinh. Liệu TQ có thể rút ra những bài học từ những sai lầm mà phương tây đã mắc và ngay từ bây giờ chú trọng nhiều hơn tới các công nghệ thân thiện với môi trường? Và nhất là khâu tiết kiệm năng lượng?

Trong giới khoa học quan niệm này khá phổ biến. Chúng tôi ý thức được rằng chúng tôi tiêu thụ quá nhiều tài nguyên. Bản thân tôi cũng hoàn toàn ủng hộ việc phát triển mạng lưới giao thông công cộng ở các thành phố lớn thay vì sử dụng ô tô con. Nhưng những người dân bình thường ở TQ lại muốn có ô tô riêng, có nhà cao cửa rộng và đời sống cao. Họ còn thiếu ý thức về môi trường. Nhưng tôi nghĩ rằng điều này sẽ thay đổi, khi người ta phải trả giá cho những việc làm của mình.

Và theo ông thì khi nào điều đó diễn ra?


Tôi nghĩ rằng, cả trong việc này, cũng phải mất 100 năm nữa.

Nhà vật lý Jiangang Li sinh năm 1961, là người quản lý Lò phản ứng nhiệt hạch Tokamak HT-7 ở TP Hợp Phì, tỉnh An Huy. Vật liệu siêu dẫn phục vụ Dự án quốc tế về tổng hợp nhiệt hạch Iter được chế tạo tại Viện Vật lý Plasma này.

Tổng hợp nhiệt hạch là một phản ứng diễn ra trong tự nhiên ở trên mặt trời. Ở nhiệt độ khoảng 15 triệu độ C và dưới áp suất khoảng 100 triệu bar các nguyên tử hydro ở mặt trời sẽ tan chẩy hòa quyện với nhau – sản sinh ra Helium.

Trong những năm năm mươi lần đầu tiên các nhà vật lý có ý tưởng thực hiện tổng hợp nhiệt hạch nhân tạo qua đó tạo ra năng lượng. Khác với phân tách hạt nhân – một nguyên tắc cơ bản tại các nhà máy điện nguyên tử – thì tổng hợp nhiệt hạch ít nguy hiểm hơn và cũng tạo ra ít chất thải phóng xạ hơn. Tuy nhiên cho tới nay điều này vẫn còn là chuyện của tương lai.
Do nhân hydro tạo ra lực đẩy quá lớn khi tiếp cận với nhau khi tiến hành nung chẩy trong điều kiện trên trái đất nên các nhà nghiên cứu xử dụng các chất đồng vị của hydro như Deuterium và Tritium để tiến hành thử nghiệm trong lò phản ứng của họ. Những đồng vị này phải được nung nóng ở nhiệt độ tối thiểu là 100 triệu độ và phải đạt được khối lượng riêng cực cao – vì chỉ ở trong trạng thái này (Plasma) mới có thể diễn ra sự hợp nhất trong lò phản ứng.

Để lấy được năng lượng thì phải tạo ra được một phản ứng dây chuyền của sự hợp nhất. Cho đến nay thì kỷ lục của một Plasmas ổn định chỉ đạt mức vài giây đồng hồ.





 

Tags: