Điều khiển phản ứng nhiệt hạch bằng laser

Tại 1 cơ sở nghiên cứu kích nổ (NIF) thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, bang California, các nhà khoa học đã ghép 192 tia laser khổng lồ thành 1 phức hợp có kích thước cỡ 1 sân bóng đá và đồng loạt bắn vào 1 khối vàng nhỏ hình trụ chứa nguyên liệu nhiệt hạch và làm nó bay hơi hoàn toàn.

Trên mặt lý thuyết, quá trình trên tạo ra làn sóng tia X vô cùng mạnh mẽ hướng vào hạt nhiên liệu có kích thước nhỏ hơn hạt tiêu, nghiền nát những nguyên tử Hydro bên trong thành Heli và giải phóng nguồn năng lượng vô cùng lớn giống như vụ nổ của 1 quả bom khinh khí thu nhỏ.

Theo báo cáo mới đây trên tờ Nature thì giai đoạn chuyển hóa cuối cùng dự án đã đạt được bước tiến lớn. Trong 2 thí nghiệm thực hiện hồi tháng 9 và tháng 11 năm ngoái, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng bắn phá Hydro nóng chảy có thể sản sinh ra được nhiều năng lượng hơn so với điều kiện thông thường. Tuy nhiên, phản ứng nhiệt hạch điều khiển bằng laser vẫn còn xa thực tế do chỉ mới có 1% năng lượng laser có thể tiếp cận được với hidro.

Tiến sĩ Omar A. Hurricane đã chia sẻ: "Chúng tôi đã đạt được 1 bước tiến lớn so với trước đây. Điều này có thể được gọi là 1 bước ngoặc lớn trong tiến độ thực hiện dự án. Nói có vẻ hơi khoa trương, nhưng thật sự là vậy. Chúng tôi đã làm cho nhiên liệu bên trong giải phóng lượng năng lượng chưa từng có so với các nghiên cứu trước."

Các nhà khoa học trong dự án đã đạt được thành công bằng cách thay đổi hình dạng của các xung laser để nung nóng Hydro, hỗn hợp của 2 đồng vị nặng hơn là deuterium và tritium. Nhiệm vụ tiếp theo của các nhà khoa học là tìm cách tăng áp lực để vượt qua các tác nhân trở ngại nhằm tạo thành 1 phản ứng nhiệt hạch quy mô lớn và ổn định hơn. Một ý kiến đề xuất là sẽ thay đổi hình dạng của buồng nguyên liệu từ hình trụ sang tương tự như một quả bóng bầu dục.

Đây là 1 kết quả đầy hứa hẹn trong việc có thể hoàn thiện phản ứng nhiệt hạch. Thành công bước đầu là các hạt nhân Heli đã được tạo thành từ năng lượng phát nổ của các nguyên tử Hydro lân cận. Hiện tại, mới chỉ có 1 lượng nhỏ hidro trong khối nhiên liệu được kết hợp và tiếp cận tới năng lượng từ laser để kích nổ. Các nhà khoa học vẫn phải tìm cách kích hoạt phản ứng dây chuyền để toàn bộ lượng nguyên liệu đều tham gia phản ứng để giải phóng tối đa năng lượng.

Từ lâu, các nhà khoa học luôn mong muốn thực hiện phản ứng nhiệt hạch để tạo ra nguồn năng lượng sạch dồi dào hơn nhiên liệu hóa thạch hay năng lượng hạt nhân. Phản ứng hạt nhân vẫn còn mắc phải khuyết điểm là tạo ra các sản phẩm khó phân hủy sau quá trình chia cắt nguyên tử uranium.

Tuy nhiên, laser không phải là cách tiếp cận duy nhất mà các nhà khoa học nghĩ tới để khai thác nguồn năng lượng vĩnh cửu. Các nhà khoa học cũng đã thử nghiệm 1 lò phản ứng hình bánh doughnut mang tên tokamaks sử dụng từ trường để chứa và nén nhiên liệu Hydro. Vào cuối những năm 1990, phòng thí nghiệm Joint European Torus tại Anh đã có thể tạo ra được 16 triệu watt điện năng trong 1 khoảng khắc từ phản ứng nhiệt hạch. Mức năng lượng sinh ra đạt 70% mức năng lượng cần thiết để tạo ra phản ứng. 

T.H