- Trang chủ >>
- Khoa Học Tự Nhiên >>
- Vật lý
Tái tạo năng lượng mặt trời bằng phương pháp tổng hợp hạt nhân pps
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (163.26 KB, 5 trang )
Tái tạo năng lượng mặt trời
bằng phương pháp tổng hợp
hạt nhân
Các nhà nghiên cứu người Đức tin rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân có
thể tạo ra một nguồn năng lượng rất lớn và họ cũng đang xây dựng một lò
phản ứng đồ sộ có thể tạo nên năng lượng theo cách chúng được tạo ra trên
mặt trời.
Nhìn thoáng qua,thiết bị này trông giống như bị rớt từ trên trời xuống và
tiếp đấtvớimột khối móp méo xộc xệch. Nhưngthực tế thì tất cả các bộ phận của
lò phản ứng Wendelstein7-Xtại Greifswald,CHLB Đức. Thiết kế của nó khôngcó
hình dạng ngaythẳnghoặc đối xứng. Giữa các đối tượng là những vòng tròn kim
loại lớn với đường kính 2m. Chúng sẽ được uốn lại và địnhhình với kích thước
milimet. Theo giám sát kỹ thuật xây dựng lòWendelstein7-X,LutzWegener,
những chiếc vòng kinh loại sẽ đóng mộtvaitrò quyếtđịnh trong quá trình tổng
hợp hạt nhân. "Mỗi cuộn dây từ sẽ sản sinhramột từ trường và khiđặt tất cả các
cuộn dây từ cùng nhau,chúngsẽ tạora một ốngtừ có kích thướcgấp 3lần để giữ
dòngplasma nóng tổng hợp bên trong.
Plasma cần những điều kiện tốt nhất:
Nhiên liệu của quá trìnhtổnghợp hạtnhân là plasma,được tạo nên khimột lớp
khí hydrohỗn hợpsiêu mỏng được tác độngbởi áp suất caovà nhiệt năng lớn. Các
nơtron Hydro sẽ biến hình vàtrở thành các hạt tích điện. Đây là một quá trình
tương tự khiến mặttrời sản sinhra năng lượng.
Theo giáo sư Robert Wolf, giámsát tối ưu lòphản ứng Wendelstein 7-X,thìnguyên
tắc tạo ra plasmakhá đơn giản: khi vật chất được đốt nóng, nó sẽ chuyển từ trạng
thái rắn sang lỏng, nếu cungcấp thêmnhiều nhiệt, nó sẽ chuyển tiếp từ lỏng sang
khí vàthêm nhiệt nữathì chuyển thànhvật chất plasma.
Quátrình trên bao gồm 2đồngvị Hydro - Đơteri và Triti- và chúng dẫn đếnsự
hình thành của khí Heli và cácnơtrontự do. Không giống cácnơtronbình thường,
nơtron tự do mang theođiệntích và năng lượng này có thể chuyển thànhđiện. Một
ưu điểmtrongphản ứng trênlà vật liệu thô luôn có sẵn và dường như khônggiới
hạn. Đơteri cóthể dễ dàngthu được từ nước vàTriti cóthể được sản xuất từ Lithi.
Với mỗi gramtổng hợp hạt nhân thìnăng lượngsinh rasẽ tương đương với 11 tấn
than.Ngoài ra, quá trình tổng hợp cũng không thải rađộc chất CO2, không phóng
xạ nguyhiểmvà không có nguycơ gây nổ.
Một kỹ thuật phức tạp:
Trôngcó vẻ đơn giảnnhưng thực sự, quá trình này ẩn chứa rất nhiềucạm bẫy song
song với việc táitạo một mặt trời bên trong lò phản ứnghạtnhận.Nhiệt độ yêu
cầu tốithiểucho phảnứngxảy ra là 100triệu độ C, một con số thật không tưởng.
Điều đánglo ngại tiếp theo khivận hành làplasma sẽ có xu hướng tiếp xúcvới bức
tường baongoài củalò trong suốt quátrình tổng hợp, dođó,áp lực buộc quá trình
phải tạmngừng.Để ngăn ngừa điều này xảy ra,70 cuộn dâytừ khổng lồ sẽ được
thiết lậpđể tạo ra mộtchiếc lồng từ tính ổn định. Vì vậy, chúng cũngđòi hỏi những
nam châm siêu mạnh.
Khi hoạt động hết công suất, 100 tấntừ lực sẽ được đặt trọng tâm bêntrongmột
khung thép có kích thước chỉ bằng cánhtayngười. Các namchâm sẽ được làm lạnh
tới nhiệt độ âm 269độ Cbằng Heli lỏng khiến chúng cókhả năng siêu dẫn và cho
phép điện lượngcầnthiết truyền quamà không gặp trở ngại nào. Đây là cáchduy
nhất để sản xuất đủ điện lượngtrong một thời gian đủ ng
ắn để thu đượcplasma cháy tại nhiệt độ 100triệu độ C.
Hình thức tổng hợp hạt nhântrong lòphản ứngtrên đượcbiết đến như là
một dạng Stellarator- Stellaratorlàmột thiếtbị được sử dụng để giam plasma
nóngtrong từ trường để duy trì khả năng kiểm soátphản ứngtổng hợp hạt nhân.
StellaratordoLymanSpitzer sáng chế vànhữngthiết bị đầu tiên đã được thiếtlập
tại phòng thí nghiệmvật lý plasmaPrinceton vào năm 1951. Kiểu tổnghợp hạt
nhântrên đã giải quyếtvấn đề mà các lò tổng hợp Tokamakphải đối mặt. Các lò
Tokamakthườngđượccác nhàvật lýsử dụng cho đến tậnngày nay kể từ khira
đời vàonhững năm 1950do hìnhdạngđơn giản của chúng rất dễ để chế tạo.
Nhưng theoLutz Wegener,lò Tokamak chỉ có thể đốt cháy plasmatrongvòngtừ
10 đến30 giây 1 lần.Kể cả các lò Tokamaktiên tiến trên thế giới cũngchỉ đạt đến
thời gian 1 vàiphút. Vì vậy,thời gian đốt cháy khôngđủ để tạora nguồn năng
lượng triển vọng trongtương lai.
Theo giáo sư Robert Wolfthì "trở ngại lớn nhất hiệngiờ đối với công tác nghiên
cứu là chúngta vẫn chưa phát triển một nhà máyđiện tổng hợp hạt nhân nào."
Nhưng ngaycả khi dự án được đầu tư tới 430 triệu EURnàykhôngthể cung cấp
năng lượngthì mục đíchcòn lại là nó có thể chứng minhrằng sự tổnghợp hạt
nhâncó thực sự khả thi hay không.
Bạn có biết?
Plasma là trạngthái thứ tư của vật chất (bên cạnh cáctrạng thái thườngthấy như
rắn, lỏng, khí) trong đó các chấtbị ion hóa mạnh. Hầu hết phân tử và nguyên tử chỉ
còn lại hạt nhân; các electronchuyểnđộng tương đối tự do giữa các hạt nhân. Mặc
dù plasmakhông phổ biến trên trái đấtnhưng 99%vật chất trong vũ trụ tồntại
dướidạng plasma và có thể nói plasmalà trạng thái đầu tiên trong 4 trạngthái vật
chất.
Nếu sự ion hóa xảy rabởi việc nhận năng lượngtừ các dòngvật chất bên ngoài
như các bứcxạ điện từ thì plasmacòn gọi là plasma nguội. Mặtkhác,nếu sự ion
hóa xảy ra do vachạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệtđộ cao thì
plasmacòn gọi là plasma nóng.Khi nhiệt độ tăng dần,electronbị tách ra khỏi
nguyêntử và nếu nhiệt độ lớn hơn, toàn bộ nguyêntử bị ion hóa.Ở nhiệt độ rất
cao, các nguyên tử bị ion hóahết mức chỉ còn hạt nhân và cácelectron đã táchrời
khỏi hạtnhân.
