https://www.llnl.gov/news/national-ignition-facility-achieves-fusion-ignition?fbclid=IwAR001N3xcepWBEgf2yRDB57bSn8W2YNW7oEyOmPD5uLSFWUz2pI2KYud614
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) và Cục Quản lý An ninh Hạt nhân Quốc gia (NNSA) của DOE hôm nay (13/12) đã công bố thành tựu đánh lửa nhiệt hạch tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) — một bước đột phá khoa học lớn trong nhiều thập kỷ chế tạo sẽ mở đường cho đường cho những tiến bộ trong quốc phòng và tương lai của năng lượng sạch. Vào ngày 5 tháng 12, một nhóm tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia của LLNL(NIF) đã tiến hành thí nghiệm nhiệt hạch có kiểm soát đầu tiên trong lịch sử để đạt được cột mốc này, còn được gọi là điểm hòa vốn năng lượng khoa học, nghĩa là nó tạo ra nhiều năng lượng từ phản ứng tổng hợp hơn năng lượng laze được sử dụng để điều khiển nó. Kỳ tích đầu tiên thuộc loại này sẽ cung cấp khả năng chưa từng có để hỗ trợ Chương trình quản lý kho dự trữ của NNSA và sẽ cung cấp những hiểu biết vô giá về triển vọng của năng lượng nhiệt hạch sạch, vốn sẽ là nhân tố thay đổi cuộc chơi cho những nỗ lực đạt được mục tiêu của Tổng thống Biden về mạng lưới nền kinh tế carbon bằng không.
Bộ trưởng Năng lượng Hoa Kỳ Jennifer M. Granholm cho biết: “Đây là một thành tựu mang tính bước ngoặt đối với các nhà nghiên cứu và nhân viên tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia, những người đã cống hiến sự nghiệp của mình để chứng kiến quá trình đánh lửa nhiệt hạch trở thành hiện thực và cột mốc này chắc chắn sẽ châm ngòi cho nhiều khám phá hơn nữa”. “Chính quyền Biden-Harris cam kết hỗ trợ các nhà khoa học đẳng cấp thế giới của chúng tôi — như nhóm tại NIF — những người có công trình sẽ giúp chúng tôi giải quyết các vấn đề cấp bách và phức tạp nhất của nhân loại, như cung cấp năng lượng sạch để chống biến đổi khí hậu và duy trì khả năng răn đe hạt nhân mà không cần hạt nhân. thử nghiệm.”
“Chúng ta đã có hiểu biết lý thuyết về sự hợp nhất trong hơn một thế kỷ, nhưng hành trình từ biết đến thực hiện có thể dài và gian khổ. Tiến sĩ Arati Prabhakar, cố vấn trưởng của Tổng thống về Khoa học và Công nghệ, đồng thời là Giám đốc Văn phòng Chính sách Khoa học và Công nghệ của Nhà Trắng, cho biết cột mốc ngày hôm nay cho thấy những gì chúng ta có thể làm được với sự kiên trì.
“Thứ Hai, ngày 5 tháng 12 năm 2022, là một ngày lịch sử trong khoa học nhờ những con người đáng kinh ngạc tại Phòng thí nghiệm Livermore và Cơ sở Đánh lửa Quốc gia. Khi tạo ra bước đột phá này, họ đã mở ra một chương mới trong Chương trình quản lý kho dự trữ của NNSA,” Quản trị viên NNSA Jill Hruby cho biết. “Tôi muốn cảm ơn các thành viên của Quốc hội, những người đã ủng hộ Cơ sở Đánh lửa Quốc gia vì niềm tin của họ vào lời hứa của khoa học có tầm nhìn xa là rất quan trọng đối với sứ mệnh của chúng tôi. Nhóm của chúng tôi từ khắp các phòng thí nghiệm quốc gia của DOE và các đối tác quốc tế của chúng tôi đã cho chúng tôi thấy sức mạnh của sự hợp tác.”
Giám đốc LLNL, Tiến sĩ Kim Budil cho biết: “Việc theo đuổi đánh lửa nhiệt hạch trong phòng thí nghiệm là một trong những thách thức khoa học quan trọng nhất mà nhân loại từng giải quyết và đạt được nó là một chiến thắng của khoa học, kỹ thuật và trên hết là con người”. “Vượt qua ngưỡng cửa này là tầm nhìn đã thúc đẩy 60 năm theo đuổi tận tâm — một quá trình không ngừng học hỏi, xây dựng, mở rộng kiến thức và năng lực, sau đó tìm cách vượt qua những thách thức mới xuất hiện. Đây là những vấn đề mà các phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ được tạo ra để giải quyết.”
“Tiến bộ khoa học đáng kinh ngạc này đặt chúng ta trước ngưỡng cửa của một tương lai không còn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch mà thay vào đó được cung cấp bởi năng lượng nhiệt hạch sạch mới,” Lãnh đạo Đa số Thượng viện Hoa Kỳ Charles Schumer (NY) cho biết. “Tôi khen ngợi Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore và các đối tác của họ trong chương trình Hợp nhất giới hạn quán tính (ICF) của quốc gia chúng ta, bao gồm Phòng thí nghiệm năng lượng laser của Đại học Rochester ở New York, vì đã đạt được bước đột phá này. Việc biến thế giới năng lượng sạch trong tương lai này thành hiện thực sẽ đòi hỏi các nhà vật lý, những người làm việc sáng tạo và những bộ óc sáng suốt nhất tại các tổ chức do DOE tài trợ, bao gồm cả Phòng thí nghiệm Laser Rochester, phải nỗ lực gấp đôi trong công việc tiên tiến của họ.
“Sau hơn một thập kỷ đổi mới khoa học và kỹ thuật, tôi xin chúc mừng nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore và Cơ sở Đánh lửa Quốc gia vì thành tựu lịch sử của họ,” Thượng nghị sĩ Hoa Kỳ Dianne Feinstein (CA) phát biểu. “Đây là một bước tiến thú vị trong quá trình hợp nhất và tất cả mọi người tại Lawrence Livermore và NIF nên tự hào về thành tích quan trọng này.”
“Đây là một thành tựu sáng tạo mang tính lịch sử được xây dựng dựa trên sự đóng góp của các thế hệ nhà khoa học Livermore. Ngày nay, quốc gia của chúng ta đứng trên vai tập thể của họ. Chúng ta vẫn còn một chặng đường dài phía trước, nhưng đây là một bước quan trọng và tôi khen ngợi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và tất cả những người đã đóng góp cho bước đột phá đầy hứa hẹn này, điều này có thể giúp thúc đẩy một tương lai năng lượng sạch tươi sáng hơn cho Hoa Kỳ và nhân loại,” ông nói. Thượng nghị sĩ Hoa Kỳ Jack Reed (RI), Chủ tịch Ủy ban Quân vụ Thượng viện.
“Bước đột phá khoa học vĩ đại này là một cột mốc quan trọng cho tương lai của năng lượng sạch,” Thượng nghị sĩ Hoa Kỳ Alex Padilla (CA) cho biết. “Mặc dù còn nhiều việc phải làm ở phía trước để khai thác tiềm năng của năng lượng nhiệt hạch, nhưng tôi tự hào rằng các nhà khoa học California tiếp tục dẫn đầu trong việc phát triển các công nghệ năng lượng sạch. Tôi xin chúc mừng các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore vì sự cống hiến của họ cho một tương lai năng lượng sạch và tôi cam kết đảm bảo rằng họ có tất cả các công cụ và kinh phí cần thiết để tiếp tục công việc quan trọng này.”
“Đây là một vấn đề rất lớn. Chúng ta có thể ăn mừng một kỷ lục hiệu suất khác của Cơ sở Đánh lửa Quốc gia. Thành tựu mới nhất này đặc biệt đáng chú ý vì NIF đã sử dụng mục tiêu ít đối xứng hình cầu hơn so với thí nghiệm tháng 8 năm 2021,” Đại diện Hoa Kỳ Zoe Lofgren (CA-19) cho biết. “Tiến bộ quan trọng này cho thấy khả năng thương mại hóa năng lượng nhiệt hạch trong tương lai. Quốc hội và Chính quyền cần tài trợ đầy đủ và thực hiện đúng các điều khoản về nghiên cứu nhiệt hạch trong Đạo luật Khoa học và CHIPS gần đây và có thể hơn thế nữa. Trong Thế chiến II, chúng tôi đã xây dựng Dự án Manhattan để đạt được kết quả kịp thời. Những thách thức mà thế giới ngày nay phải đối mặt thậm chí còn lớn hơn vào thời điểm đó. Chúng ta phải tăng gấp đôi và đẩy nhanh nghiên cứu để khám phá những con đường mới cho năng lượng sạch, vô hạn mà phản ứng tổng hợp hứa hẹn.”
“Tôi rất vui vì NIF — cơ sở nghiên cứu hạt nhân tiên tiến nhất của Hoa Kỳ — đã đạt được khả năng đánh lửa nhiệt hạch, có khả năng cung cấp một nguồn năng lượng sạch và bền vững mới trong tương lai. Bước đột phá này sẽ đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy của kho dự trữ hạt nhân của chúng ta, mở ra những chân trời mới trong khoa học và cho phép tiến tới những cách thức mới để cung cấp năng lượng cho gia đình và văn phòng của chúng ta trong những thập kỷ tới,” Dân biểu Hoa Kỳ Eric Swalwell (CA-15) cho biết. “Tôi khen ngợi các nhà khoa học và nhà nghiên cứu vì sự làm việc chăm chỉ và cống hiến của họ để dẫn đến thành tựu khoa học to lớn này và tôi sẽ tiếp tục thúc đẩy nguồn tài trợ mạnh mẽ cho NIF để hỗ trợ những tiến bộ trong nghiên cứu nhiệt hạch.”
Thí nghiệm của LLNL đã vượt qua ngưỡng nhiệt hạch bằng cách cung cấp 2,05 megajoule (MJ) năng lượng cho mục tiêu, tạo ra 3,15 MJ năng lượng nhiệt hạch, lần đầu tiên chứng minh cơ sở khoa học cơ bản nhất cho năng lượng nhiệt hạch quán tính (IFE). Vẫn cần nhiều phát triển khoa học và công nghệ tiên tiến để đạt được IFE đơn giản, giá cả phải chăng để cung cấp năng lượng cho các gia đình và doanh nghiệp, và DOE hiện đang khởi động lại chương trình IFE phối hợp trên diện rộng ở Hoa Kỳ. Kết hợp với đầu tư của khu vực tư nhân, có rất nhiều động lực để thúc đẩy tiến độ nhanh chóng hướng tới thương mại hóa nhiệt hạch.
Hợp hạch là quá trình hai hạt nhân nhẹ kết hợp với nhau để tạo thành một hạt nhân nặng hơn duy nhất, giải phóng một lượng lớn năng lượng. Vào những năm 1960, một nhóm các nhà khoa học tiên phong tại LLNL đã đưa ra giả thuyết rằng có thể sử dụng tia laze để tạo ra phản ứng tổng hợp trong môi trường phòng thí nghiệm. Được dẫn dắt bởi nhà vật lý John Nuckolls, người sau này là giám đốc LLNL từ năm 1988 đến năm 1994, ý tưởng mang tính cách mạng này đã trở thành phản ứng tổng hợp giam cầm quán tính, mở đầu cho hơn 60 năm nghiên cứu và phát triển về laser, quang học, chẩn đoán, chế tạo mục tiêu, mô hình hóa và mô phỏng máy tính và thiết kế thử nghiệm.
Để theo đuổi khái niệm này, LLNL đã xây dựng một loạt các hệ thống laser ngày càng mạnh mẽ, dẫn đến việc tạo ra NIF, hệ thống laser năng lượng cao nhất và lớn nhất thế giới. NIF — tọa lạc tại LLNL ở Livermore, California — có kích thước bằng một sân vận động thể thao và sử dụng chùm tia laze mạnh để tạo ra nhiệt độ và áp suất giống như nhiệt độ và áp suất trong lõi của các ngôi sao và hành tinh khổng lồ, cũng như bên trong vũ khí hạt nhân đang phát nổ.
Đạt được sự đánh lửa đã được thực hiện nhờ sự cống hiến của các nhân viên LLNL cũng như vô số cộng tác viên tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos của DOE, Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia và Cơ quan An ninh Quốc gia Nevada; Đại cương Nguyên tử; các tổ chức học thuật, bao gồm Phòng thí nghiệm Năng lượng Laser của Đại học Rochester, Viện Công nghệ Massachusetts, Đại học California, Berkeley và Đại học Princeton; các đối tác quốc tế, bao gồm Cơ sở Vũ khí Nguyên tử của Vương quốc Anh và Ủy ban Năng lượng Nguyên tử và Năng lượng Thay thế của Pháp; và các bên liên quan tại DOE và NNSA và tại Quốc hội.
Xì Trum 8
Mỹ vừa tạo ra một bước đột phá mới để tạo ra nguồn năng lượng sạch, vô tận
https://www.llnl.gov/.../national-ignition-facility...
Ngày 13/12/2022, tại Bộ Năng Lượng Mỹ (Department of Energy), bà Jennifer Granholm (bộ trưởng) tuyên bố Mỹ vừa đạt được một bước tiến, mà theo bà là một trong những kỳ tích khoa học ấn tượng nhất (one of the most impressive scientific feat) của thế kỷ 21.
Cụ thể, những nhà khoa học tại ‘National Ignition Facility’ của Phòng thí Nghiệm quốc gia Lawerence Livermore (LLNL) tại Califorina, vừa tìm được phương pháp kết hợp 2 hạt nhân (nuclei/atom) để tạo ra một phân tử nặng hơn. Quá trình này gọi là fusion (kết hợp) và sinh ra năng lượng. Quá trình fusion này không có gì mới, và đã được nghiên cứu hơn 60 năm bởi hàng ngàn nhà khoa học trên khắp thế giới. À, mà cái quá trình fusion này được nảy sinh ra bởi không ai khác là các nhà khoa học tại LLNL từ những năm 1960, đứng đầu là nhà vật lý John Nuckolls.
Vậy bước tiến đột phá này là gì, cho một quá trình được nghiên cứu hơn 60 năm? Đơn giản là vào ngày 5/12, các nhà khoa học tại LLNL đã thực hiện thành công quá trình fusion, mà năng lượng sinh ra nhiều hơn năng lượng bỏ vào.
Quá trình phân tách hạt nhân (nuclear fission) trong các lò phản ứng hạt nhân hoạt động hoạt động hoàn toàn khác. Nuclear fission là khi một nguyên tố có khối lượng to như Uranium bị phân tách ra thành những nguyên tố nhỏ hơn. Năng lượng được sinh ra từ quá trình phân tách này. Nuclear fission nguy hiểm hơn nuclear fusion vì nó sinh ra các chất thải có tính phóng xạ.
Quá trình kết hợp hạt nhân (nuclear fusion) thì ngược lại hoàn toàn. Mình mượn tấm hình minh hoạ của Bộ Năng Lượng Mỹ. Hai đồng vị của hydrogen là Tritium (Hydrogen-3) và Deuterium (Hydrogen-2) kết hợp lại với nhau (fused), tạo ra khí Heli (Helium, dùng để bom bong bóng), một neutron, và năng lượng. Cái quá trình nuclear fusion này là cách mà mặt trời của chúng ta tạo ra năng lượng
192 tia laser trong buồng bắn phá (target chamber), sẽ nhấm bắn vào cái buồng chứa nhiên liệu nhỏ xíu đó, để tạo ra nhiệt độ và áp suất cực cao. Cụ thể là khoảng 100 triệu độ C, và áp suất tương đương 100 tỉ lần áp suất khí quyển để kết hợp 2 đồng vị của Hydrogen là Tritium (Hydrogen-3) và Deuterium (Hydrogen-2) lại với nhau.
Dưới áp suất và nhiệt độ cực cao, hai đồng vị của Hydrogen kết hợp lại với nhau và sản sinh ra năng lượng (hình bên trên). Sở dĩ đòi hỏi nhiệt độ và áp suất kinh khủng như vậy vì hai đồng vị của Hydrogen này nó cùng điện tích dương, nên chúng có xu hướng đẩy nhau, giống như hai đầu của một cục nam châm vậy đó. Nên để kết hợp chúng đòi hỏi một điều kiện có áp suất và nhiệt độ cực cao. Bên trong lõi của mặt trời, nơi quá trình fusion này diễn ra để sản sinh năng lượng cũng có điều kiện tương đương: nhiệt độ 16 triệu độ C và áp suất khoảng 250 tỉ lần áp suất khí quyển của chúng ta.
Sử dụng 192 tia laser để tạo môi trường có nhiệt độ 100 triệu độ C, và áp suất tương đương 100 tỉ lần áp suất khí quyển, các nhà khoa học sử dụng 2.05 mega Jun năng lượng, và tạo ra được một lượng năng lượng khoảng 3.15 mega Jun, đủ để đun khoảng 15-20 ấm nước. Quá trình fusion này tạo ra 1.1 mega Jun năng lượng (sau khi trừ năng lượng đầu vào).
Năng lượng từng phản ứng fusion là một dạng năng lượng sạch, không sản sinh ra khí thải nhà kính. Những dạng năng lượng sạch khác như thuỷ điện, nhiệt điện, năng lượng mặt trời, gió cũng đã có và sẽ tiếp tục tồn tại. Nhưng phát hiện ngày 5/12 tại LLNL đặc biệt quan trọng, vì những nguồn năng lượng sạch khác là nó không không liên tục mà phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên. Năng lượng phản ứng fusion một khi chạy là sẽ chạy 24/7, tương tự như mặt trời của chúng ta
Theo Alex Gilbert (viện Payne) thì từ phát hiện này cho đến khi được sử dụng rộng rãi còn cách khoảng 10 năm nữa. Thứ nhất, công nghệ laser năng lượng cao này vẫn chưa được thương mại hoá, hiện tại chỉ ở trong phòng thí nghiệm. Thứ hai, nhiên liệu đầu vào: 2 đồng vị của Hydrogen là dạng Hydrogen đặc chế, không có sẵn. Chuỗi cung ứng cho 2 đồng vị của Hydrogen cần phải được phát triển trước khi năng lượng từ công nghệ fusion được đem ra ứng dụng rộng rãi.
Vẫn còn nhiều thứ phải giải quyết, nhưng phát hiện vào ngày 5/12 đã đưa nhân loại, đặc biệt là Mỹ tiến một bước gần hơn tới nguồn năng lượng sạch không giới hạn và không phát thải khí nhà kính [1]. Giáo sư Jeremy Chittenden (vật lý Plasma) tại Imperial College London gọi phát hiện này là một bước đột phát thật sự (true breakthrough moment). Jack Dorsey (trước là CEO của Twitter) để một chữ ‘wow’ cho phát hiện hôm 5/12.
