Cách những nhát búa đồng bộ tạo ra nhiệt hạch

Tương lai năng lượng của chúng ta phụ thuộc vào nhiệt hạch. Michel Laberge, nhà vật lý plasma, người đứng đầu một công ty nhỏ với một ý tưởng táo bạo mong tạo một dạng phản ứng hạt nhân mới, giúp tạo ra năng lượng rẻ và sạch. Vậy bí quyết của ông là gì? Tốc độ cao, siêu nhiệt độ và áp suất lớn. Trong bài nói chuyện đầy hy vọng này, chúng ta sẽ nghe ông giải thích nhiệt hạch đã rất gần với chúng ta.

Ồ, ở đây sáng quá nhỉ.

Chắc phải sử dụng
nhiều năng lượng lắm đây.

Để tất cả mọi người bay tới đây

cũng cần nhiều năng lượng lắm.

Do vậy toàn bộ hành tinh này
cần rất nhiều năng lượng

và tới nay đang chủ yếu
sử dụng năng lượng hoá thạch.

Chúng ta sử dụng khí đốt.

Đó là bước tiến,

thúc đẩy ta đến được ngày nay,
nhưng chúng ta cũng phải dừng lại.

Chúng ta không nên
khai thác thêm nữa.

VÌ vậy, giờ đây cần tìm ra
các dạng năng lượng khác,

năng lượng thay thế,

nhưng không dễ gì
tìm ra một nguồn

thuận tiện và rẻ

như dầu lửa, khí đốt và than.

Tôi thích năng lượng nguyên tử.

Đây nhé, đó là
nguồn năng lượng tập trung cao,

tạo năng lượng bền bỉ

và không tạo ra CO2.

Hiện nay, chúng ta biết hai cách

tạo năng lượng hạt nhân:
phân hạch và hợp hạch.

Trong phân hạch,
bạn có một hạt nhân lớn

bẻ gãy nó thành
hai phần nhỏ hơn

và tạo ra
rất nhiều năng lượng.

Đây là cách các lò
phản ứng hạt nhân vẫn làm.

Nó hoạt động rất tốt.

Còn tiếp đến
là hợp hạch.

Tôi thích hợp hạch.
Nó tốt hơn nhiều.

Bạn có hai hạt nhân nhỏ,

bạn ghép chúng lại
và tạo ra Heli,

thật tuyệt.

Nó cũng tạo ra
vô vàn năng lượng

Đây chính là cách tự nhiên
tạo ra năng lượng.

Mặt trời và muôn vạn vì sao
trong thiên hà

tham gia quá trình hợp hạch.

Ngày nay, một nhà máy nhiệt hạch

thực ra không đắt đỏ

và cũng rất an toàn.

Nó chỉ tạo rah
chất thải phóng xạ ngắn hạn

và không bị tan chảy.

Nhiên liệu cho hợp hạch
đến từ đại dương.

Ở đại dương,
bạn có thể rút nhiên liệu

với giá khoảng
1/1000 xu/1 kilowat-giờ

rất, rất rẻ.

VÌ thế nếu toàn bộ hành tinh
sử dụng nhiệt hạch,

chúng ta có thể tách
nhiên liệu từ đại dương,

và đủ cho hàng tỉ tỉ năm.

Giờ đây, câu hỏi đặt ra là
tốt vậy nhưng sao không làm?

Nó ở đâu?

À, cái gì cũng đều
cần chuẩn bị.

Nhiệt hạch
thực sự rất rất khó làm

Vấn đề là,
ở hai hạt nhân đó.

Chúng đều mang
điện tích âm

vì vậy chúng
không muốn kết hợp.

Hạt thì chạy đằng này.
Hạt lại chạy đằng kia.

VÌ vậy, để chúng
kết hợp với nhau,

bạn phải giúp chúng
có vận tốc cực lớn,

và khi chúng đạt vận tốc đủ lớn,

tự chúng sẽ
thắng được lực đẩy,

chúng sẽ va chạm
và tạo năng lượng.

Tốc độ hạt

là thước đo của nhiệt độ.

Vậy nhiệt độ cần
cho việc hợp hạch

khoảng 150 tỉ độ C.

Thực ra nóng lắm đấy,

cho nên, rất khó để
tạo ra nhiệt hạch.

Tôi bắt đầu
làm quen với nhiệt hạch

khi tôi làm tiến sỹ ở đây,
đại học British Columbia

sau đó, tôi làm việc
chuyên về máy in laser

để tạo bản in
cho công nghiệp in ấn.

Tôi làm ở đó
khoảng 10 năm,

đôi lúc cũng thấy nhàm,

nhưng khi đến tuổi 40,
tôi bị khủng hoảng trung niên,

như bạn thấy, thường là băn khoăn:

Tôi là ai?
Tôi muốn làm gì?

Tôi nên làm gì?
Tôi làm được gì?

Sau đó, tôi nhìn lại
công việc lí tưởng của mình,

điều tôi đang làm
là chặt rừng

quanh đây thôi,
ở British Columbia này

và chôn vùi tất cả các bạn,

trong hàng triệu tấn thư rác.

Thấy không, chẳng thú vị gì.

Có người mua xe Porsche.

Có người thì có tình nhân.

Tôi thì quyết định
làm chun chút thôi,

giải quyết vấn đề nóng lên toàn cầu
và làm cho nhiệt hạch thành công.

Điều đầu tiên tôi làm

là tìm hiểu tài liệu và xem,

cơ chế vận hành
của nhiệt hạch.

Thực ra các nhà vật lý
đã nghiên cứu nhiệt hạch lâu rồi,

và một trong những cách họ làm

là dùng tokamak.

Đó là một vòng cực lớn
chứa các xuyến từ,

và xuyến siêu dẫn,

nó tạo ra từ trường

trong một chiếc vòng
như thế này,

với khí nóng bị bẫy ở giữa

được gọi là plasma.

Các hạt chạy vòng vòng

theo tường.

Sau đó, chúng toả ra
một lượng nhiệt rất lớn

để làm nóng tới
nhiệt độ hợp hạch.

Đây là bên trong
một cái vòng như thế,

ở bên phải, bạn thấy

plasma nóng chảy.

Và, cách làm thứ hai

là sử dụng chùm tia laser.

Theo cách này, bạn có
một quả bóng bàn nhỏ,

đặt nhiên liệu hợp hạch vào giữa,

và chiếu một chùm laser
bao quanh nó.

Laser rất mạnh
và nó ép quả bóng bàn

vô cùng nhanh.

Nếu bạn ép
một thứ gì đó đủ mạnh

nó sẽ trở nên nóng,

và nếu việc này
được làm rất rất nhanh,

trong một phần tỉ giây,

thì bạn tạo đủ
năng lượng và nhiệt

để tạo ra
phản ứng hợp hạch.

Và đây là những gì bên trong
một chiếc máy như vậy.

Bạn thấy chùm laser và pellet

ở tâm.

Bây giờ, phần lớn mọi người cho rằng
hợp hạch cũng chả nghĩa lí gì.

Mọi người thường cho rằng
các nhà vật lý trong phòng thí nghiệm

làm việc chăm chỉ,
nhưng không nên trò trống gì.

Điều đó không đúng lắm đâu.

Đây là biểu đồ thể hiện
thành công của nhiệt hạch

trong hơn 30 năm qua,

bạn có thể thấy rằng
lượng nhiệt hạch ta đang tạo nên

nhiều gấp khoảng 10.000 lần
trước đây,

vào điểm khởi đầu.

Đó là một thành quả tuyệt vời.

Thực tế là, nó phát triển nhanh

như định luật Moore hoang đường

về số lượng transitor

có thể đặt trên con chip.

Và đây, chấm nhỏ này là JET

Joint European Torus.

Nó là tokamak
lớn nhất châu Âu

và năm 1997,
chiếc máy này

đã tạo ra 16 megawatts
năng lượng nhiệt hạch

từ 17 megawatts nhiệt.

Giờ chắc bạn sẽ nghĩ,
thế ăn thua gì

nhưng thực ra,
lại đáng kể đấy.

Ngẫm xem,
chúng ta có thể đạt được

gấp 10.000 lần so với trước.

Chấm thứ 2 ở đây là NIF.

National Ignition Facility.

Đó là một máy laser lớn ở Mỹ,

tháng trước,
họ đã thông báo

ầm lên rằng

họ có thể tạo ra nhiều
năng lượng nhiệt hạch hơn

từ hợp hạch

hơn phần năng lượng
họ đặt vào tâm của quả bóng bàn.

Đương nhiên,
nhiêu đó vẫn chưa đủ

bởi vì laser để truyền năng lượng

là nhiều hơn thế,

nhưng thế cũng tốt lắm rồi.

Tiếp theo là ITER,

phát âm tiếng Pháp là: EE-tairh.

Đây là một dự án lớn
của vài quốc gia

xây dựng một
vòng từ khổng lồ

ở miền nam nước Pháp,

và với cỗ máy này,
khi hoàn thành,

sẽ tạo ra 500 megawatts
năng lượng nhiệt hạch

mà chỉ tốn 50 megawatts.

Đây là những điều có thực.

Chúng ta sẽ làm được.

Một loại máy
tạo ra năng lượng.

Bây giờ, nhìn vào đồ thị,
bạn sẽ nhận thấy

2 cái chấm này

hơi nghiêng về bên phải
của đường cong.

Chúng ta tụt lại
trong giai đoạn này.

Thực tế là, khoa học
tạo ra những cỗ máy này

hơi sờn lòng

trong hành trình tạo nhiệt hạch
trong thời gian này.

Có chút chính trị ở đây,

họ không muốn thực hiện

nên đồ thị xô hẳn về bên phải.

ITER là một ví dụ,
đáng lẽ nó đã được xây

năm 2000 hay 2005,

nhưng do đây là
dự án hợp tác quốc tế

chính trị đã ảnh hưởng
và nó bị chậm trễ đôi chút.

Ví như, cần tới 3 năm

để xem là đặt nó ở đâu.

Hiện tại, nhiệt hạch
thường bị chỉ trích

bởi vì hơi đắt đỏ.

Đúng, nó tiêu tốn

một tới hai tỉ đô la một năm

để thực hiện.

Nhưng cũng phải so nó
với giá thành

để làm định luật Moore.

Giá đó còn trên trời hơn.

Sản phẩm của định luật Moore

là chiếc điện thoại
ngay trong túi tôi.

Chiếc điện thoại,
được nối internet

giá hơn một ngàn tỉ đô-la,

chỉ để tôi có thể
tự sướng một cái

và đưa lên Facebook.

Khi bố tôi nhìn thấy cái này,

ông sẽ rất tự hào.

Chúng ta dành khoảng
650 tỉ đô la mỗi năm

để trả cho xăng, khí đốt

và năng lượng có thể làm mới.

Giờ, ta dành một nửa phần trăm đó
cho nhiệt hạch.

Với cá nhân tôi,
tôi không nghĩ là quá đắt.

Tôi nghĩ ta đã
phỉnh gạt nhau rằng

để giải quyết sạch sẽ
vấn đề năng lượng

thì cần vài tỉ năm nữa.

Bây giờ, tôi có thể nói rằng
tôi có chút thiên vị,

bởi vì tôi đã bắt đầu
một công ty nhiệt hạch

mà chưa từng có
một tài khoản Facebook.

Năm 2002, khi tôi bắt đầu
công ty nhiệt hạch này,

tôi biết rằng tôi không thể
thắng những công ty lớn.

Họ có nhiều
nguồn lực hơn tôi.

VÌ vậy tôi quyết định
tìm cho mình một giải pháp

rẻ và nhanh hơn.

Giờ máy hợp hạch nhờ
từ trường và laser

cũng khá hay.

Chúng là sản phẩm xuất sắc
của công nghệ,

những chiếc máy kỳ diệu cho thấy

có thể hợp hạch.

Tuy nhiên, xét từ khía cạnh
sản xuất năng lượng,

chúng chưa tuyệt lắm.

Cái thì quá lớn,
cái thì quá phức tạp,

còn cái thì quá đắt,

và nữa, không thích hợp lắm

để tạo nhiệt hạch.

Khi hợp hạch,
năng lượng thoát ra

như nơ-tron, những hạt nơ-tron nhanh
thoát ra từ Plasma.

Những hạt nơ-tron này
đập vào tường của máy

và phá hủy máy.

Hơn nữa, cần thu lại năng lượng
từ những hạt nơ-tron này

để chạy tua-bin hơi nước,

cũng trên những máy này,

đó là những gì cần sau rốt.

Do vậy, tôi đoan chắc phải có
một cách nào đó tốt hơn.

Nào, quay lại với tài liệu,

tôi đã đọc về hợp hạch
từ khắp các nguồn.

Một cách làm
tôi rất quan tâm,

là hợp hạch tiêu điểm từ hóa,
(Magnetized target fusion)

hay nói ngắn gọn là MTF.

Bây giờ với MTF,
bạn sẽ phải

lấy một cái bể to,

đổ đầy vào đó
kim loại lỏng,

ly tâm khối kim loại này

để tạo một cuộn xoáy ở tâm,

giống như trong bồn rửa.

Khi nối điện tới bồn rửa,
sẽ tạo ra một cuộn xoáy.

Thêm vào đó, có vài pit-tông
được kiểm soát bằng áp suất

nén từ ngoài vào,

sẽ nén kim loại lỏng

xung quanh plasma
và nén nó,

làm nóng lên,
giống như laser,

và tạo nên hợp hạch.

Đó là một phần
của sự kết hợp

giữa hợp hạch bởi từ trường

và hợp hạch nhờ laser.

Những thứ này có vài lợi ích.

Kim loại lỏng hấp thụ
tất cả những hạt nơ-tron

do vậy không hạt nào
đập vào tường,

nên không phá hủy máy.

Kim loại lỏng tăng nhiệt,

nên có thể bơm
trong thiết bị trao đổi nhiệt

tạo nên hơi nước
để chạy tua bin.

Do vậy thật là
thuận tiện để thực hiện

bước này của quá trình.

Cuối cùng, tất cả năng lượng
giúp hợp hạch xảy ra

đến từ các pit-tông
điều khiển bởi hơi nước,

đó là cách rẻ hơn laser

hoặc dùng xuyến siêu dẫn.

Giờ thì tốt rồi,

ngoại trừ vấn đề là
nó hoàn toàn không hoạt động.

(Cười)

Luôn có cách!

Khi bạn nén,

thể plasma hạ nhiệt

nhanh hơn tốc độ nén,

như vậy là bạn đang nén nó,

nhưng thể plasma lạnh hơn,
và cứ hạ nhiệt xuống

sau đó nó hoàn toàn
không có động tĩnh gì nữa.

Khi thấy thế, tôi nghĩ
thật buồn quá đi,

vì ý tưởng này hay mà.

Nên tôi mong có thể cải tiến nó.

Tôi nghĩ trong vài phút,

và nói, thôi được, làm sao để
khiến nó hoạt động tốt hơn?

Và tôi đã
nghĩ tới sự va chạm

Thế nào nếu sử dụng
một chiếc búa lớn

nâng lên và đập mạnh vào
chiếc đinh - như thế này,

ở chỗ chiếc búa
đập phải chiếc đinh

nén xuống cho nó vào?
Vẫn không được.

Vậy ý tưởng là

sử dụng sự tương tác.

Chúng tôi gia tốc
các pit-tông bằng hơi nước,

giai đoạn này
cần chút thời gian,

nhưng sau đó thì, bang -
đập vào pit-tông,

và, bùm, tất cả năng lượng
giải phóng đồng thời,

truyền thẳng vào chất lỏng,

và nén khối plasma
nhanh hơn rất nhiều.

Tôi đã quyết định, được rồi
có vẻ tốt, sẽ làm như vậy.

Chúng tôi tạo nên
chiếc máy trong nhà kho này.

Chúng tôi tạo
một chiếc máy nhỏ

để có thể lấy được

một chút nơ-tron,

và đó là những
nơ-tron thương mại của tôi.

Với những nơ-tron này,

tôi có thể tạo ra
50 triệu đô la,

và thuê tới 65 người.
Đây là đội của tôi.

Và đây là thứ mà
chúng tôi muốn tạo ra.

Nó sẽ là một chiếc máy lớn,

với đường kính khoảng 3m,

có chì lỏng xung quanh,

xoáy lớn ở tâm,

tạo ra thể plasma
ở đỉnh và đáy,

pit-tông tác động từ sườn.

Bang! Nó nén,

và sẽ tạo năng lượng,

còn nơ-tron thì sẽ
chảy ra cùng kim loại lỏng,

đổ vào động cơ hơi nước
để chạy tua-bin

vài dòng hơi nước khác
sẽ được dẫn trở lại

để kích pit tông.

Chúng tôi sẽ chạy nó
khoảng 1 giây một lần,

và sẽ tạo ra
100 megawatts điện.

Tất nhiên, chúng tôi cũng
tạo ra máy châm plasma,

như vậy máy châm này
tạo ra plasma ban đầu.

Nó tạo ra thể plasma

tại nhiệt độ ấm,
khoảng 3 triệu độ C.

Đáng tiếng là
nó không giữ được đủ lâu,

nên cần kéo dài thời gian
của thể plasma này,

nhưng tháng trước
đã có những tiến bộ.

Tôi cho rằng đã có thể
cho plasma nén được.

Sau đó tạo ra khối cầu nhỏ,
cỡ khoảng như thế này,

với 14 pit-tông xung quanh,

và cái này sẽ nén chất lỏng.

Tuy nhiên, rất khó nén plasma.

Khi bị nén,

nó có xu hướng phình ra,
như thế này,

vì vậy cần tính toán
thời gian của pit tông

chính xác

nên chúng tôi sử dụng
vài hệ thống điều khiển,

những năm 1970
thì không dám mơ,

nhưng giờ thì có thể,

bằng điện tử
vừa đẹp vừa mới.

Cuối cùng, phần đông chúng ta
nghĩ rằng, hợp hạch

là cho tương lai
và sẽ chẳng bao giờ xảy ra,

nhưng thực tế là,
hợp hạch đang rất gần rồi.

Chúng tôi đã gần đạt tới.

Các phòng thí nghiệm lớn cho thấy
có thể làm được hợp hạch.

Và giờ đây, nhiều công ty nhỏ
đang tiến hành làm,

họ nói rằng, không phải là
không làm được,

mà vấn đề là
làm với chi phí hợp lý.

General Fusion là
một trong những công ty như vậy,

hy vọng, một ngày,
ai đó sẽ

làm được nó,

và rất có thể
đó là General Fusion.

Cảm ơn rất nhiều.

(Vỗ tay)