Heli 3 - Năng lượng nhiệt hạch cho tương lai

[In trang]

Thứ hai, 13/10/2008 - 14:34

Heli (He) là nguyên tố trong bảng tuần hoàn nguyên tố hoá học có kí hiệu He và có số hiệu nguyên tử 2. Tên của nguyên tố này bắt nguồn từ Helios, tên của vị thần Mặt trời trong thần thoại Hi Lạp, do nguồn gốc nguyên tố này được tìm thấy trong quang phổ trên Mặt trời.

Các đồng vị của Heli có cùng số proton, nhưng có số nơtron khác nhau trong nguyên tử, Heli có hai đồng vị chủ yếu (2He, 3He).

Heli được dùng để dùng trong các bóng thám không và khí cầu nhỏ do tỷ trọng riêng nhỏ hơn tỷ trọng của không khí, và như chất lỏng làm lạnh cho nam châm siêu dẫn. Đồng vị Heli 3 (3He) có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, và một trong những ứng dụng đó là nguồn năng lượng nhiệt hạch.

Năng lượng hạt nhân thu được dựa trên quá trình phân rã hạt nhân lớn như: Urani… thành nhiều hạt nhân nhỏ hơn. Ngược lại, trong phản ứng nhiệt hạch, 2 hạt nhân nhỏ hơn kết hợp thành hạt nhân lớn hơn đồng thời giải phóng ra nguồn năng lượng. Phản ứng xảy ra trong lò ITER la sự kết hợp hai đồng vị hydro: Deuterium và Tritium. Tritium có tính phóng xạ, lại là một thành phần của vũ khí hạt nhân nên cần hết sức thận trọng khi sử dụng nó, hơn nữa, các nơtron có tính linh động cao được sinh ra có tính linh động cao được sản sinh ra từ phản ứng Deuterium - Tritium sẽ đập vào thành lò phản ứng và gây ra thiệt hại về cấu trúc của lò. Người ta hy vọng có thể thay thế thành lò ITER thường xuyên, cứ 1 dến 2 năm 1 lần.

Lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên có tên là International Thermonuclear experimental Reactor (ITER) đã được khởi công tại Cadarache, Pháp, với dư định tạo ra Plasma 100 triệu độ vào năm 2016. Tuy nhiên, có lẽ trong vòng 20 năm tới, nhà máy điện sử dụng năng lượng nhiệt hạch cũng chưa thể xuất hiện.

Các nhà khoa học đã chứng minh: chỉ cần 40 tấn Heli 3 là có thể cung cấp năng lượng cần thiết cho nhu câu điện năng của của Hoa kỳ trong suốt 1 năm. Heli 3 là một dồng vị nhẹ của nguyên tố heli, thường được sử dụng trong các phản ứng ở nhiệt độ cao, heli 3 các hạt nhân khác giải phóng nhiều với các hạt nhân khác giải phóng nhiều năng lượng hơn trong khi đó thải ra rất ít chất thải so với các phản ứng hạt nhân thông thường. Tuy nhiên, trên Trái đất, heli 3 là “của hiếm”. nó thưòng được hình thành dưới dạng của sản phẩm phụ của vũ khí hạt nhân. Người ta có thể phải trả tới 1000 USD cho một gram heli 3. Gió mặt trời là nguồn cung cấp heli 3 tương đối ổn định, nhưng việc thu được heli 3 từ gió mặt trời là cực khó, bởi từ trường của Trái đất đẩy chúng đi xa. Tuy nhiên, Mặt trăng lại là nguồn heli 3 cực kì rồi rào, vì suốt 4,5 tỉ năm nay, nó đã “cần mẫn” thu nhận khoảng 1 triệu đến 5 triệu tấn heli 3 từ gió mặt trời. Mặc dù vậy, để thu nhập được heli 3 từ Mặt trăng không dễ dàng chút nào: phải xử lý hàng trăm triệu tấn đất đá để có được 1 tấn heli 3.

Gerald Kulcínki, giám đốc Viện công nghệ nhiệt hạch tại Đại học Wisconin (Mỹ), cùng các cộng đòng nghiệp đã thiết kế một hệ thống máy móc có thể di chuyển được trên bề mặt của Mặt trăng để lấy “đất” trên đó và sử dụng ánh sáng mặt trời tập trung để làm nóng tới nhiệt độ 1.300 độ F (700oC). Kulcinski ước tính cỗ máy của ông có thể sản xuất được lượng năng lượng lớn gấp 3 lần năng lượng mà nó tiêu tốn để thực hiện công việc này ( bao gồm cả năng lượng đến mặt trăng rồi quay trở lại). Ông tính toán rằng họ sẽ tốn khoảng 800 triệu đôla để mang mỗi tấn Heli 3 về Trái đất, bù lại có thể bán mỗi tấn Heli 3 với giá 10 tỉ đôla!

Mặc dù Heli 3 là một nguồn năng lượng nhiệt hạch sạch, tạo ra ít chất thải, tuy nhiên, để giấc mơ “năng lượng Heli 3” thành sự thực, ngoài sự khan hiếm, các nhà khoa học còn phải đối diện với một khó khăn khác: rất khó đốt cháy heli 3. Để đốt cháy heli 3, cần có năng lượng còn cao hơn để đốt cháy đồng vị Hyđro. Kulcinski đưa ra cách tạo phản ứng nhiệt hạch Inertial Electrostalic Confinement (IEC) (tạm dịch là vây hãm điện tĩch quán tính), không sử dụng từ tường để giữ plasma nóng như ITER, mà sử dụng phương pháp đẩy các hạt nhân nhờ điện trường. Tuy nhiên, trong các thử nghiệm này, nguồn năng lượng đầu vào của phản ứng nhiệt hạch IEC đều lớn hơn nhiều so với năng lượng mà nó tạo ra . Chính vì thế, hầu hết các nhà nghiên cứu đều đồng tình rằng heli -3 chưa thể là nghiên cứu đều đồng tình rằng heli 3 chưa thể là nhiên liệu đầu tiên được sử dụng trong các lò phản ứng nhiệt hạch. Mặc dù vậy, loài người vẫn rất lạc quan Heli 3 sẽ trở thành nguồn cung cấp năng lượng quan trọng trong tương lai.

(Nguồn: CNM)