Tìm ra phương pháp cải tiến vật liệu mới để phát triển năng lượng nhiệt hạch

Một nhóm các kỹ sư và nhà nghiên cứu ở Mỹ đã tìm ra một phương pháp cải tiến vật liệu xây dựng các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân. Nếu ứng dụng thành công, phát hiện này sẽ mở ra một kỷ nguyên mới cho năng lượng tái chế: Năng lượng nhiệt hạch.

Năng lượng nhiệt hạch

Mặt trời tạo ra năng lượng bằng cách tổng hợp các nguyên tử hydro. Mỗi hydro gồm một proton qua một chuỗi phản ứng phức tạp sẽ biến thành các nguyên tử khí heli có 2 proton. Phản ứng tổng hợp năng lượng từ các nguyên tử nhẹ (hydro) thành các nguyên tử nặng (heli) theo dạng này được gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân hay phản ứng hợp hạch. Các phản ứng hợp hạch (nuclear fusion) còn được gọi là phản ứng nhiệt hạch vì chúng yêu cầu nhiệt độ lên tới hàng chục, hàng trăm triệu độ C. Đây cũng chính là cơ chế sản sinh năng lượng của các vì sao và được ứng dụng để chế tạo bom hydro (bom H, bom nhiệt hạch) mà Bắc Triều Tiên đã đe dọa thử nghiệm trên Thái Bình Dương hồi tháng trước. 

Tìm ra phương pháp cải tiến vật liệu mới để phát triển năng lượng nhiệt hạch

(Ảnh: DailyMail)

Trái ngược với phản ứng nhiệt hạch là phản ứng phân hạch nguyên tử (nuclear fission), là quá trình giải phóng năng lượng khi bắn phá và chia tách các nguyên tử nặng thành các nguyên tử nhẹ hơn. Phản ứng phân hạch là nguyên lý của hai quả bom nguyên tử mà Mỹ ném xuống hai thành phố Hiroshima và Nagasaki năm 1945. 

(Ảnh: chemwiki.ucdavis.edu)

Quá trình tổng hợp năng lượng bằng phản ứng nhiệt hạch của chính mặt trời được Phys ví von là 'chén thánh' của năng lượng hạt nhân vì nguồn năng lượng này mạnh gấp 4 lần năng lượng phân hạch. Nếu được khai thác thì năng lượng tổng hợp hạt nhân của mặt trời sẽ là nguồn năng lượng vô tận với con người chúng ta. Nhưng cho đến nay các nhà khoa học vẫn gặp phải một số vấn đề trong việc biến năng lượng nhiệt hạch từ mặt trời thành một nguồn năng lượng tái chế đáng tin cậy.

Vật liệu mới

Một trong số những rào cản đó là khí heli (helium), một phụ phẩm sau phản ứng nhiệt hạch của mặt trời. Dù không gây hại cho môi trường nhưng loại khí này có thể phá hủy các nguyên liệu cần thiết để xây dựng một lò phản ứng nhiệt hạch.

Theo tiến sĩ Demkowicz, phụ tá giáo sư ở khoa Kỹ nghệ và Khoa học vật liệu đại học Texas A&M, khí heli không độc hại và không phải là một loại khí thải nhà kính. Nhưng nếu helium được ép trong một nguyên liệu rắn như kim loại thì nó sẽ nổ thành bong bóng, tương tự như bong bóng khí CO2 trong các loại nước có gas (Coca, Pepsi, Sprite…). Bong bóng khí heli sẽ nằm lại trong kim loại. Và 'khi bạn tích lũy nhiều heli hơn, các bong bóng khí sẽ liên kết lại và phá hủy toàn bộ vật liệu'

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances (Những tiến bộ khoa học), các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách thay đổi phản ứng của heli bằng cách thay đổi loại vật liệu. Khi dẫn heli vào các chất rắn nanocomposite (một loại vật liệu được sản xuất từ nhiều lớp kim loại dày), heli sẽ không tạo thành bong bóng mà biến thành các ống dài kết nối nhau, giống như hệ thống mao mạch trong các mô sống. 

(Ảnh: Texas A&M University)

Phát hiện này sẽ được ứng dụng ngay vào việc phát triển các vật liệu xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch cho phép helium chảy ra ngoài thay vì mắc kẹt lại bên trong và phá hủy lò. Các ống dạng mạch sẽ là những kênh dẫn helium đi qua vật liệu, nhưng đây chỉ là bước khởi đầu của một viễn cảnh lớn lao hơn. 'Ứng dụng (nanocomposite) trong các lò phản ứng nhiệt hạch chỉ là bề nổi của tảng băng. Tôi nghĩ rằng bức tranh lớn hơn là các chất rắn được hệ thống thành mao mạch tương tự như các mô sống có mạng lưới mao mạch... Các hệ thống đó cũng có thể tải được nhiệt, điện hoặc thậm chí là những hóa chất để sản xuất ra vật liệu tự sửa chữa'.

Những ý tưởng cho các vật liệu kháng heli như nanocomposite nêu trên sẽ là nền tảng biến năng lượng nhiệt hạch thành một thực tế trong tương lai.

Đây là công trình hợp tác giữa tiến sĩ Demkowicz và các đồng nghiệp ở phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, học viện công nghệ Massachusetts.

Tương lai của năng lượng tái chế

Theo Futurism, trong nỗ lực chống lại biến đổi khí hậu toàn cầu, năng lượng tái chế đang ngày càng phổ biến hơn. Các nguồn năng lượng tái chế thông dụng nhất hiện nay là điện mặt trời, điện gió. Thế giới cũng đang hứng thú trở lại với điện hạt nhân, đặc biệt là những dạng cao cấp hơn như tổng hợp hạt nhân/nhiệt hạch, phân hạch muối nóng chảy (molten-salt fission, một loại năng lượng sinh ra từ việc phân hủy muối thorium thay cho uranium vì an toàn hơn).

Với năng lượng nhiệt hạch, các chuyên gia đang chạy đua phát triển một mô hình lò phản ứng nhiệt hạch vào năm 2030. Nhiều tổ chức cũng đang tìm kiếm các phương pháp ổn định phản ứng nhiệt hạch như sử dụng các thể phi hydro hay cải thiện vật liệu tạo nên các lò phản ứng nhiệt hạch như nghiên cứu mới được công bố ở trên.

Steve Trần (Theo Futurism, Phys)

TIN LIÊN QUAN

Sao Neutron là gì?

Trong bài viết này, chúng ta cùng đi tìm hiểu sao Neutron là gì và nó được hình thành như thế nào nhé!

Tàu chạy bằng pin nhiên liệu hydro đầu tiên trên thế giới

Tàu được trang bị thùng nhiên liệu hydro, và nhiên liệu này phản ứng với oxy trong không khí để tạo ra điện. Khi được nạp đầy, tàu có thể chạy được 1.000 km.

Chế tạo thành công vật liệu nano cho phép tách trực tiếp hydro từ nước biển

Một loại vật liệu nano mới được phát minh gần đây cho phép đẩy nhanh quá trình phân tách hydro từ nước biển, giúp quá trình này nhanh và rẻ hơn. Theo tạp chí Năng lượng và Khoa học Môi trường, ông Yang, trợ lý giáo sư từ một trường đại học Florida

Nga chế tạo thành công động cơ lượng tử, tốc độ 1.000km/giây, bay đến Mặt Trăng trong 4 tiếng

Các chuyên gia người Nga đã thử nghiệm thành công động cơ lượng tử, có khả năng đưa con người lên Mặt Trăng trong chưa đầy 4 giờ đồng hồ. Động cơ “phản hấp dẫn”: Vô hiệu hóa trọng lực… xe tăng Động cơ lượng tử, hay còn gọi là động cơ “phản hấp

Tàu hỏa không khói thân thiện với môi trường

Đầu tháng 3-2017, tàu hỏa Coradia iLint được hoàn thiện và bắt đầu các thử nghiệm ban đầu ngay tại nhà máy của công ty Alstom ở miền Bắc nước Đức, trên đường ray thử nghiệm Salzgitter với vận tốc khoảng 80km/h. Sau đó, các kỹ sư của Alstom tiếp tục

“Truy” trách nhiệm cơ sở đào tạo lái xe nếu tài xế vi phạm nhiều lần

Phó Thủ tướng yêu cầu Ủy ban An toàn giao thông Quốc gia triển khai thực hiện Năm ATGT 2018 với chủ đề “ATGT cho trẻ em” nhằm nâng cao nhận thức và ý thức tự giác chấp hành pháp luật ATGT trong mọi tầng lớp nhân dân, đặc biệt là thanh, thiếu

Mỹ sẽ sản xuất điện hạt nhân trên sao Hỏa

Theo International Business Times, cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đang triển khai các chương trình cách mạng hóa lĩnh vực khám phá vũ trụ khi bắt đầu thử nghiệm việc đưa một lò phản ứng hạt nhân mang tên Kilopower lên sao Hỏa để sản xuất điện

4.100 người chết vì tai nạn giao thông trong 6 tháng

So với 6 tháng đầu năm 2017, số vụ TNGT giảm 594 vụ (giảm 6,19%), số người chết giảm 31 người (giảm 0,75%), số người bị thương giảm 908 người (giảm 11,44%). Có 35 tỉnh, thành phố có số người chết vì TNGT giảm so với cùng kỳ năm 2017, trong đó 9 địa

THỦ THUẬT HAY

Hướng dẫn cách thêm Emoji Discord cực dễ, tăng phần sinh động cuộc trò chuyện

Bạn là một người vui tính, hoạt bát tham gia bất kỳ cuộc trò chuyện nào cũng muốn thể hiện tính cách thông qua các Emoji. Vậy thêm Emoji Discord có khó không? Làm thế nào để tải được cả hình động và hình tĩnh. Hãy cùng

Miễn phí bản quyền IObit Uninstaller 7 Pro (19.99USD) - Phần mềm gỡ bỏ ứng dụng Windows

Bạn có thể sử dụng IObit Uninstaller 7 Pro để gỡ bỏ tất cả những file tạm, registry và xóa những chương trình hoặc folder không cần thiết trên máy tính để đạt được hiệu suất hoạt động tốt nhất. Giao diện phần mềm khá

Cách xem trực tiếp bóng đá C1 trên UEFA tại Việt Nam

Vì vấn đề bản quyền và một vài yếu tố khác nên người hâm mộ Việt Nam không được theo dõi các trận đấu Champions League và Europa League trên sóng truyền hình.

Mẹo khởi động lại iPhone không dùng phím cứng với iOS 11

Có rất nhiều trường hợp nút Power trên iPhone, iPad không được nhạy khiến bạn hơi phiền toái trong việc khởi động lại máy sau một thời gian dài sử dụng.

Cách đăng ký tài khoản Booking.com mới nhất 2017

Với một tài khoản Booking.com, bạn có thể đặt phòng trực tuyến với ưu đãi lên đến 50% cùng nhiều chương trình chỉ dành riêng cho thành viên của Booking.

ĐÁNH GIÁ NHANH

Đánh giá camera Google Pixel: tuyệt vời HDR+

Với thuật toán từ HDR+, Google Pixel đã vươn mình trở thành một trong những camera phone có khả năng chụp ảnh tốt nhất thế giới hiện nay

Đánh giá tai nghe Corsair HS70 Pro Wireless Carbon

Corsair HS70 Pro Wireless Carbon được đánh giá cao về chất lượng âm thanh, thiết kế thoải mái khi đeo, và kết nối ổn định. Ngoài ra, micro gập lại giúp thu âm rõ ràng và giảm tiếng ồn xung quanh, tăng khả năng giao tiếp