La năng lượng hạt nhân nó có một liên quan lớn trong hệ thống năng lượng thế giới. Nó có khả năng tạo ra một lượng lớn năng lượng với chi phí là để lại một số chất thải hạt nhân để được điều trị. Phản ứng tổng hợp hạt nhân Đó là một trong những thách thức lớn nhất mà nhân loại vẫn chưa phát triển. Đây là một cơ hội to lớn có thể chấm dứt các vấn đề về thâm hụt năng lượng và cung cấp. Trên khắp thế giới có rất nhiều nhà khoa học đang đi đầu nghiên cứu về nó.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết phản ứng tổng hợp hạt nhân là gì và những lợi thế và cơ hội mà nó sẽ mang lại cho nhân loại nếu nó trở thành thương mại. Bạn có muốn biết thêm về nó? Bạn chỉ cần tiếp tục đọc.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là gì
Trong một bài viết trước, chúng ta đã thấy rằng sự phân hạch hạt nhân Đó là về việc phá vỡ các nguyên tử nặng như plutonium và uranium để lấy năng lượng. Trong trường hợp này, phản ứng tổng hợp hạt nhân báo hiệu một quá trình hoàn toàn ngược lại. Đó là một phản ứng có khả năng nối hai lõi nhẹ hơn để tạo thành lõi nặng hơn.
Liên kết hai nguyên tử nhẹ hơn để tạo thành một nguyên tử nặng hơn giải phóng năng lượng, vì hạt nhân nặng nhỏ hơn tổng khối lượng của hai hạt nhân riêng biệt. Lợi dụng điều này, năng lượng có thể được giải phóng trong quá trình này cho bất cứ điều gì. Cần lưu ý rằng năng lượng của quá trình này rất tập trung, chỉ trong một gam vật chất có hàng triệu nguyên tử hiện diện, vì vậy với một lượng nhỏ nhiên liệu, nó có thể tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ nếu chúng ta so sánh với các nhiên liệu hiện tại.
Tùy thuộc vào các hạt nhân tham gia vào quá trình tổng hợp hạt nhân này mà lượng năng lượng sẽ được tạo ra nhiều hay ít. Phản ứng dễ dàng nhất để đạt được là sự kết hợp giữa đơteri và triti để thu được heli. Trong phản ứng này, 17,6 MeV sẽ được giải phóng. Nó là một nguồn năng lượng thực tế vô tận vì chúng ta có thể tìm thấy đơteri trong nước biển và có thể thu được triti nhờ nơtron được tạo ra trong phản ứng.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân được thực hiện như thế nào?
Mặc dù việc sản xuất năng lượng toàn cầu này sẽ giải quyết được các vấn đề về năng lượng và ô nhiễm, nhưng làm như vậy không dễ dàng. Bạn biết chắc rằng nó hoạt động và bạn biết cách làm điều đó. Tuy nhiên, các điều kiện cần thiết để có thể kiểm soát với độ chính xác tuyệt đối tất cả các yêu cầu của quá trình vẫn chưa được biết đầy đủ. Bạn phải nghĩ rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân này là một quá trình diễn ra trong ngôi sao lớn nhất của chúng ta, Mặt trời. bạn phải có nhiệt độ rất cao để thực hiện nó.
Các hạt ở dạng mây có thể được sử dụng bên trong các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, nơi chịu nhiệt hai trăm triệu độ. Hãy tưởng tượng chỉ một giây ở những nhiệt độ đó; nó có nghĩa là sự tan rã hoàn toàn của hầu hết mọi đối tượng. Những nhiệt độ này là cần thiết nếu chúng ta muốn quá trình diễn ra. Chỉ cần đối phó với những nhiệt độ cao này đã là một thách thức đối với các nhà khoa học, vì không có vật liệu nào có thể chịu được chúng mà không tự hủy hoại.
Để giảm bớt tình trạng nhiệt độ điên cuồng này, plasma được sử dụng. Hiệu ứng giam giữ từ trường của nó nóng gấp mười lần so với lõi của Mặt trời. Nhiệt độ khủng khiếp mà các nguyên tử này phải chịu là bởi vì đó là cách duy nhất để chúng tạo ra nó. động năng cần thiết để chúng vượt qua lực đẩy tự nhiên và hợp nhất.
Hai hạt nhân Chúng có cùng điện tích và điện tích dương, do đó, chúng đẩy nhau. Với nhiệt độ cao như vậy, chúng ta sẽ có thể tạo ra động năng mạnh đến mức nó có thể truyền khả năng liên kết. Làm việc với những nhiệt độ này và kiểm soát tất cả các yếu tố và điều kiện can thiệp vào nó là một cái gì đó hoàn toàn phức tạp.
Các chiến lược ngăn chặn khoa học
Vì những lý do trên, các nhóm khoa học nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân đã thiết kế hai giai đoạn và chiến lược khác nhau: giam giữ từ tính và giam giữ quán tính.
Sự giam giữ từ tính là phương pháp tập trung vào việc tạo ra plasma bên trong một từ trường ngăn không cho hạt nhân của các nguyên tử có nhiệt độ XNUMX triệu độ C chạm vào thành của lò phản ứng. Bằng cách này, đChúng tôi sẽ bảo vệ những gì được sử dụng để việc sáp nhập diễn ra.
Một khía cạnh quan trọng cần tính đến là, mặc dù tất cả các hạt đều phải chịu những nhiệt độ này, nhưng không phải tất cả đều có thể trải qua quá trình liên kết. Đây là một thông số được các nhà khoa học chỉ ra là hạn chế lợi nhuận của phản ứng tổng hợp hạt nhân theo quan điểm năng lượng. Theo cách đó, để có hiệu quả kinh tế, số lượng các vụ sáp nhập phải nhiều đến mức năng lượng tạo ra cao hơn năng lượng đầu tư vào sản xuất của nó.
Mặt trời, mặc dù có nhiệt độ thấp hơn 10 lần so với nhiệt độ cần thiết để tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, nhưng với khối lượng khổng lồ của nó, cho phép nó tăng áp suất mà các hạt nhân phải chịu và phản ứng tổng hợp xảy ra. bằng cách giam giữ trọng lực. Áp suất đó không thể được tái tạo trên hành tinh của chúng ta, vì vậy các nhiệt độ này phải đạt được.
Mặt khác, việc giam giữ quán tính không sử dụng từ trường để ngăn plasma chạm vào thành lò phản ứng, mà đề xuất sử dụng nhiên liệu để lấy một phần nhỏ đơteri và triti để nổ. Do đó, tất cả vật chất ngưng tụ một cách dữ dội và dẫn đến sự kết hợp của các hạt nhân đơteri và triti.
Khi nào nó sẽ khả thi về mặt thương mại?
Để quá trình thu nhận năng lượng này có thể hoàn toàn khả thi về mặt thương mại, cần phải có ít nhất ba thập kỷ nghiên cứu và thử nghiệm. Duy trì tốc độ nghiên cứu và đầu tư hiện tại vào chủ đề này, có thể là kỹ thuật mà nó cuối cùng đã được sản xuất thương mại là với sự giam giữ từ tính.
Nếu chúng ta muốn sản xuất năng lượng từ phản ứng tổng hợp hạt nhân vào giữa thế kỷ này, chúng ta cần các nhà khoa học có đủ vật chất và nguồn lực cần thiết để thực hiện tất cả các nghiên cứu liên quan. Nếu không đúng như vậy, chúng ta sẽ chỉ có những phòng thí nghiệm đầy rẫy những nhà khoa học đang giải trí và không có tiến bộ.