Mỹ đạt cột mốc mới cho giấc mơ 'Mặt Trời nhân tạo'

Bên trong buồng chiếu laser tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, nơi diễn ra phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch). Ảnh: BBC.

Trong buổi họp báo tối 13/12 (giờ Việt Nam), nhóm nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore tại California (Mỹ) đã công bố phản ứng nhiệt hạch đầu tiên trong phòng thí nghiệm có tỷ lệ giải phóng năng lượng cao hơn so với năng lượng đưa vào.

Thí nghiệm diễn ra vào ngày 5/12 tại cơ sở National Ignition Facility (NIF). Các nhà khoa học đã chiếu 192 tia laser để đốt nóng, nén và làm nổ một khối trụ nhỏ chứa hydro lạnh bọc trong kim cương, kích thước bằng hạt tiêu.

Các tia laser mang năng lượng lớn, có thể làm nóng viên hydro lên 100 triệu độ C và nén xuống hơn 100 tỷ lần so với khí quyển Trái Đất. Dưới những lực này, viên hydro tự nổ tung, buộc nguyên tử kết hợp và tạo ra năng lượng.

Trong thời gian dưới 1/100.000 tỷ giây, 2,05 MJ năng lượng (tương đương 450 g thuốc nổ TNT) được bắn vào viên hydro. Dòng neutron được giải phóng sau đó mang năng lượng 680 g TNT, tương đương 3,15 MJ.

Theo New York Times, đây là cột mốc quan trọng của quá trình làm nên "Mặt Trời nhân tạo". Trong Mặt Trời và những ngôi sao, phản ứng liên tục kết hợp các nguyên tử nhẹ, ví dụ như hydro để tạo thành heli, giải phóng nguồn năng lượng khổng lồ trong thời gian dài.

Phản ứng nhiệt hạch trái ngược với phản ứng phân hạch, khi nguyên tử nặng bị tách thành 2 hoặc nhiều hạt nhân nhỏ và nhẹ. Phản ứng phân hạch đang được sử dụng trong nhà máy điện hạt nhân, tạo ra chất phóng xạ gây ô nhiễm môi trường.

Trong khi đó, phản ứng nhiệt hạch tạo ra nhiều năng lượng hơn, chỉ giải phóng lượng nhỏ phóng xạ tồn tại trong thời gian ngắn. Quá trình này không tạo ra khí thải nhà kính nên không ảnh hưởng đến môi trường.

Do đó, các nhà khoa học luôn tìm cách tái tạo phản ứng nhiệt hạch trong phòng thí nghiệm, với mục tiêu tìm ra nguồn năng lượng dồi dào, không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên trong những thí nghiệm trước đây, năng lượng giải phóng đều thấp hơn năng lượng đưa vào phản ứng.

Nhóm kỹ sư kiểm tra thiết bị quang học trong quá trình bảo dưỡng cơ sở NIF. Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore.

Được xây dựng năm 1997 và vận hành từ 2009, mục đích của NIF là tổ chức các thí nghiệm giúp Mỹ duy trì vũ khí hạt nhân. So với cho nổ bom hạt nhân dưới lòng đất, thí nghiệm nhiệt hạch trong phòng ít nguy hiểm hơn, nhưng vẫn giúp nhà khoa học thu thập dữ liệu cần thiết.

Dù mang đến nhiều lợi ích, chuyên gia nhận định phản ứng nhiệt hạch khó được triển khai trên quy mô lớn trong nhiều thập kỷ tới. Một trong những khó khăn là việc tạo ra phản ứng đòi hỏi nhiệt độ và áp suất rất lớn.

Tiến sĩ Kim Budil, Giám đốc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore cho rằng với những nỗ lực hiện nay, cần thêm vài thập kỷ nghiên cứu để xây dựng nhà máy phản ứng nhiệt hạch quy mô lớn.

Một trong những rào cản là chi phí cao nhưng hiệu quả thấp. Trong thí nghiệm ngày 5/12, năng lượng tạo ra chỉ đủ đun sôi 15-20 ấm nước nhưng đã tiêu tốn hàng tỷ USD. Ngoài ra, khác với năng lượng của laser, năng lượng cần để chiếu tia laser vẫn lớn hơn con số được giải phóng.

Phúc Thịnh