Mối đe dọa hạt nhân toàn cầu gia tăng trong những tháng gần đây sau tuyên bố Triều Tiên đang chế tạo vũ khí hạt nhân và lời đe dọa của Tổng thống Donald Trump chống lại nhà lãnh đạo nguy hiểm của đất nước. Căng thẳng leo thang thậm chí còn khiến Đồng hồ ngày tận thế lùi gần đến nửa đêm.
Tuy nhiên, bất chấp khả năng hủy diệt thế giới và đe dọa sự tồn tại của chúng ta, năng lượng hạt nhân cũng có tiềm năng giải quyết nhu cầu điện năng cấp bách của hành tinh.
Trong những năm gần đây, hàng loạt công ty tư nhân đã nhảy vào cuộc nghiên cứu, do những tiến bộ trong công nghệ và sự hiểu biết của chúng ta về những thứ như chất siêu dẫn. Google gần đây đã hợp tác với các chuyên gia phản ứng tổng hợp hạt nhân để phát triển một thuật toán giải quyết các vấn đề năng lượng phức tạp và MIT gần đây cho biết phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể được đưa vào lưới điện chỉ sau 15 năm nữa.
Gần đây hơn, các nhà khoa học tin rằng họ có thể đã mở ra một trong những bí ẩn của phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng cách nhìn vào các ngôi sao đang phát nổ. Nhóm, từNhóm nghiên cứu vật lý thiên văn thực nghiệm laser của Đại học Michigan đã xem xét nhiệt đóng vai trò như thế nào trong cách các vật chất trộn lẫn trong quá trình siêu tân tinh - điểm ánh sáng được tạo ra khi một ngôi sao kết thúc vòng đời và phát nổ. Những vụ nổ này phát ra một lượng lớn năng lượng, trong một số trường hợp, nhiều hơn cả mặt trời của chúng ta sẽ tỏa ra trong suốt thời gian tồn tại của nó.
Vai trò của nhiệt trong các phản ứng nhiệt hạch như vậy trong không gian phần lớn đã bị bỏ qua và các nhà khoa học đã cố gắng bắt chước các phản ứng như vậy trên Trái đất để giúp thúc đẩy các đột phá về năng lượng hạt nhân. Bằng cách trộn các plasmas khác nhau với các nguyên tố khác nhau bao gồm sắt, cacbon heli và hydro trong điều kiện phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã có thể xác định rằng các dòng năng lượng gây ra nhiệt tăng và giảm, điều này có tác động đáng kể đến cách các nguyên tố kết hợp với plasmas. Điều này đã không được xem xét theo cách này, trong các thí nghiệm trước đây, và cuối cùng có thể nắm giữ chìa khóa để làm cho phản ứng tổng hợp hạt nhân bền vững hơn trên Trái đất. Nghiên cứu được xuất bản trong Truyền thông bản chất.
Năng lượng hạt nhân là gì?
Trong khi năng lượng hạt nhân có tiềm năng cung cấp cho con người nguồn năng lượng gần như vô hạn, vật lý đằng sau năng lượng hạt nhân liên quan đến sự tương tác giữa một số hạt nhỏ nhất có thể tưởng tượng được. Tại trung tâm của mỗi nguyên tử trong vũ trụ là một tập hợp nhỏ các proton và neutron được gọi là hạt nhân. Số lượng proton và neutron trong hạt nhân xác định nguyên tử đó là nguyên tố nào và hạt nhân chiếm phần lớn khối lượng của nguyên tử đó.
Bên trong hạt nhân, các proton và neutron liên kết với nhau bởi một trong bốn lực cơ bản trong vật lý gọi là lực mạnh. Như tên gọi của nó, lực mạnh là lực mạnh nhất trong cả bốn lực, nhưng nó chỉ hoạt động trong những khoảng cách nhỏ - giống như những lực bên trong hạt nhân. Những người khác làlực hấp dẫn, điện từ và yếu. Video này mô tả sự khác biệt và cách chúng tác động đến chúng tôi:
Nguyên tử chủ yếu là không gian trống. Nếu một nguyên tử có kích thước bằng một sân vận động bóng đá, thì hạt nhân sẽ có kích thước gần bằng một con ruồi ở giữa nó. Phần khác của nguyên tử là các điện tử đám mây quay xung quanh hạt nhân của nguyên tử, nhưng lực mạnh không tác dụng lên các điện tử. Thay vào đó, chúng bị ràng buộc bởi các lực điện từ, vì chúng mang điện tích âm trong khi hạt nhân mang điện tích dương.
Nói chung, vật lý hạt nhân liên quan đến việc tạo ra hoặc phá vỡ một hạt nhân. Cả hai đều là quá trình mà qua đó, một khối lượng nhỏ bị mất đi, và những quá trình này giải phóng một lượng lớn năng lượng.
Tại sao điện hạt nhân lại quan trọng như vậy?
Kể từ những năm 1950, các nhà vật lý đã cố gắng bắt chước quá trình cung cấp năng lượng cho Mặt trời bằng cách điều khiển phản ứng tổng hợp các nguyên tử hydro thành heli. Chìa khóa để khai thác sức mạnh này là giam giữ những quả bóng khí hydro cực nóng được gọi là plasmas cho đến khi lượng năng lượng thoát ra từ các phản ứng nhiệt hạch bằng nhiều hơn năng lượng được đưa vào. Đây là điểm mà các chuyên gia năng lượng gọi là hòa vốn và nếu nó có thể đạt được, nó sẽ đại diện cho một bước đột phá công nghệ và có thể cung cấp một nguồn năng lượng không carbon dồi dào và không giới hạn.
Bạn có thể sẽ biết về phương trình nổi tiếng nhất của Einstein, E = mc ^ 2. Điều này nói lên rằng lượng năng lượng giải phóng khi một khối lượng nhỏ bị mất đi bằng khối lượng đó nhân với bình phương tốc độ ánh sáng. Tốc độ ánh sáng là một con số khá lớn.
Xem liên quan Nhà máy điện hạt nhân nổi Chernobyl của Nga vừa ra khơi Thử thách Faraday: Chính phủ đầu tư 246 triệu bảng Anh để đưa Vương quốc Anh trở thành nước đi đầu trong công nghệ pin Bản đồ bom hạt nhân tiết lộ khả năng bạn sống sót sau một cuộc tấn công hạt nhân Trident là gì? Lực lượng ngăn chặn hạt nhân của Vương quốc Anh giải thích thảm họa Chernobyl và Fukushima: Điều gì xảy ra với các khu vực loại trừ hạt nhân khi con người rời đi?
Hạt nhân nhỏ nhất của bất kỳ nguyên tố nào chỉ được tạo thành từ một proton, được tìm thấy trong nguyên tử hydro. Hydro cùng với heli, liti và beri là những nguyên tố nhẹ nhất trong vũ trụ, nghĩa là không cần nhiều năng lượng để chúng hình thành. Những nguyên tố nhẹ này hình thành vào lúc mới hình thành của vũ trụ, khi nó già đi khoảng ba phút và đủ lạnh để các proton và neutron liên kết với nhau. Đây là một lý do tại sao các plasmas hydro được coi là nguồn khai thác năng lượng hạt nhân tốt nhất trên Trái đất.
Sau bốn nguyên tố đầu tiên này, vũ trụ va phải một bức tường. Cần thêm năng lượng cho 88 nguyên tố tiếp theo trong bảng tuần hoàn, để vượt qua các proton đẩy nhau bằng điện tích dương của chúng, và để phản ứng tổng hợp hạt nhân này bắt đầu phát huy tác dụng.
Vậy phản ứng tổng hợp hạt nhân là gì?
Hầu hết mọi thứ xung quanh chúng ta đều được tạo ra bên trong một ngôi sao. Các ngôi sao bắt đầu bằng hydro, chúng ép lại với nhau để tạo thành heli. Quá trình này tiếp tục, giải phóng năng lượng và làm nóng ngôi sao.
Chính phản ứng này, sử dụng hydro làm nhiên liệu, mà các nhà khoa học và nhóm nghiên cứu thíchCông nghệ TAEđang cố gắng bắt chước để đạt được năng lượng tổng hợp hạt nhân. Khi hạt nhân đơteri và triti - có thể được tìm thấy trong hydro - nung chảy, chúng tạo thành hạt nhân heli, nơtron và rất nhiều năng lượng.
cách xóa tất cả các email yahoo cùng một lúc 2019
Bởi vì phản ứng tổng hợp hạt nhân đòi hỏi một lượng lớn năng lượng để bắt đầu các phản ứng, quá trình này đã được chứng minh là khó sao chép trên Trái đất. Phải mất áp suất cực lớn và nhiệt độ khoảng 150 triệu độ để các nguyên tử kết hợp với nhau trong một lò phản ứng nhiệt hạch.
Khi một ngôi sao có kích thước bằng lõi mặt trời của chúng ta hết hydro (nguồn nhiên liệu của nó), nó bắt đầu chết. Ngôi sao đang chết dần nở ra thành một ngôi sao khổng lồ đỏ và bắt đầu tạo ra các nguyên tử cacbon bằng cách hợp nhất các nguyên tử heli. Các ngôi sao lớn hơn có thể tạo ra các nguyên tố nặng hơn, từ oxy đến sắt, trong một chuỗi đốt hạt nhân khác. Bất cứ thứ gì nặng hơn sắt đều được tạo ra trong một siêu tân tinh, vụ nổ khổng lồ vào cuối vòng đời của một ngôi sao lớn.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân liên quan như thế nào đến sự phân hạch hạt nhân?
Điện hạt nhân, như chúng ta biết trên Trái đất, sử dụng một phản ứng hạt nhân khác, được gọi là phân hạch.
Khi các nguyên tố bắt đầu nở ra, như uranium hoặc plutonium, với nhiều proton và neutron hơn được đóng gói bên trong hạt nhân, có thể phá vỡ chúng trở lại thành các nguyên tố nhỏ hơn bằng cách va chạm với chúng bằng neutron. Điều này cũng dẫn đến sự thay đổi về khối lượng, giải phóng một lượng lớn năng lượng.
Vấn đề nằm ở cái gọi là sản phẩm sau của các phản ứng. Những chất này có tính phóng xạ cao, khiến chúng trở nên cực kỳ nguy hiểm và đây là nhược điểm đáng kể nhất đối với năng lượng hạt nhân.
Chất thải phóng xạ phải được xử lý cực kỳ cẩn thận và cách tốt nhất mà chúng ta hiện có để loại bỏ nó là chôn sâu dưới lòng đất. Nhưng nó khiến các lò phản ứng hạt nhân trở thành những nơi nguy hiểm, và những thảm họa trong đó chất thải phóng xạ bị rò rỉ đã gây ra những hậu quả thảm khốc, chẳng hạn như thảm họa ở Chernobyl năm 1986 và Fukushima.
Những công ty nào đang nghiên cứu về phản ứng tổng hợp hạt nhân?
VỚI
Làm việc với công ty tư nhân Commonwealth Fusion Systems, các nhà nghiên cứu tại MIT gần đây đã phát minh ra một thế hệ thí nghiệm nhiệt hạch mới và các nhà máy điện sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Mặc dù vẫn chưa thành hiện thực, sự hợp tác này đang hướng tới việc xây dựng một thiết bị nhỏ gọn có tên SPARC.
Một khi nam châm điện siêu dẫn cho SPARC đã được phát triển, dự kiến trong vòng ba năm tới, SPARC sẽ sử dụng chúng để tạo ra 100 triệu watt, hoặc 100 megawatt (MW), điện nhiệt hạch. Mặc dù nó sẽ không biến nhiệt đó thành điện, nhưng nó sẽ tạo ra nhiều năng lượng như được sử dụng bởi một thành phố nhỏ - nhiều hơn gấp đôi so với năng lượng được sử dụng để đốt nóng plasma, cuối cùng tạo ra năng lượng ròng dương từ phản ứng tổng hợp lần đầu tiên. Nếu thành công, điều này có thể giúp tạo ra một nguyên mẫu quy mô đầy đủ của một nhà máy điện nhiệt hạch và đưa thế giới vào con đường tổng hợp hạt nhân chỉ trong 15 năm.
Nghiên cứu này dựa trên công việc đang được thực hiện bởi Google vàCông nghệ TAE, công ty tự gọi mình là công ty nhiệt hạch tư nhân lớn nhất thế giới và máy plasma ion hóa khổng lồ C2-U. Google đã xây dựng một thuật toán được thiết kế để tăng tốc các thí nghiệm trong vật lý plasma và mục tiêu cuối cùng của Tri Alpha Energy, tương tự như CFS, là xây dựng nhà máy điện thương mại dựa trên nhiệt hạch đầu tiên. Nó có thể hoàn thành các thí nghiệm càng nhanh thì nó càng có thể đạt được mục tiêu này nhanh hơn và rẻ hơn và đưa thế giới hướng tới một nguồn năng lượng sạch, bền vững hơn.
ĐỌC TIẾP: Sống sót sau một cuộc tấn công hạt nhân
Giáo sư Ian Chapman, Giám đốc điều hành của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh cho thấy sự gia tăng nghiên cứu của khu vực tư nhân phản ánh giải thưởng to lớn đang bị đe dọa - một phương pháp tạo điện mới dồi dào, có trách nhiệm với môi trường và an toàn nói .
Để thực hiện các thí nghiệm kiểu này, plasma - quả cầu khí cực nóng - cần được giam giữ trong thời gian dài.Công nghệ TAEgiới hạn các mặt phẳng này bằng cách sử dụng một phương pháp được gọi là cấu hình trường đảo ngược được dự đoán là sẽ trở nên ổn định hơn khi năng lượng tăng lên, trái ngược với các phương pháp khác khi các plasmas khó kiểm soát hơn khi bạn đốt nóng chúng.
TAE Technologies 'C-2U đẩy những thí nghiệm này đến giới hạn về lượng điện năng có thể được sử dụng để tạo ra và giam giữ plasma trong một không gian nhỏ như vậy trong một thời gian ngắn như vậy. Tối ưu hóa cài đặt của nó (máy có hơn 1.000 nút) và quản lý hoạt động của plasma là một vấn đề phức tạp và đây là lúc Thuật toán đo thị lực của Google ra đời.
Là kỹ sư phần mềm nhân viên cấp cao của Google Ted Baltz giải thích , máy C-2U chạy một tia plasma cứ tám phút một lần và mỗi lần chạy bao gồm việc tạo ra hai đốm màu plasma quay tròn bên trong chân không của C-2U. These blobs are smashed together at more than 600,000 miles per hour to create a larger, hotter, spinning ball of plasma.
ĐỌC TIẾP: Một thuật toán là gì ?
Quả cầu plasma sau đó được đập liên tục với các chùm hạt làm từ các nguyên tử hydro trung hòa để giữ cho nó quay. Từ trường giữ quả cầu quay trong thời gian 10 mili giây. Của Google thuật toán lấy tất cả các thông số từ số lượng cài đặt đến chất lượng của chân không và độ ổn định của các electron để đưa ra các giải pháp cho các nhà vật lý con người.
Bom hạt nhân hoạt động như thế nào?
Mỹ là quốc gia đầu tiên phát triển vũ khí hạt nhân, tiếp theo là Nga vào năm 1949. Tính đến năm 2016, ước tính Mỹ có khoảng 7.000 đầu đạn hạt nhân, bao gồm cả vũ khí đã nghỉ hưu, cất giữ và triển khai. Nga được cho là có khoảng 7.300 đầu đạn, Pháp có khoảng 300 và Anh có 215. Triều Tiên, được coi là một trong những mối đe dọa hạt nhân quan trọng nhất thời hiện đại, có một số lượng thiết bị không xác định, mặc dù ước tính đưa ra con số vào khoảng 10 .
Tất cả vũ khí hạt nhân đều sử dụng quá trình phân hạch để tạo ra những vụ nổ kinh hoàng. Các loại vũ khí ban đầu, bao gồm Little Boy thả xuống Hiroshima trong Thế chiến thứ hai, đã tạo ra khối lượng tới hạn cần thiết để khởi động phản ứng dây chuyền phân hạch bằng cáchbắn một hình trụ rỗng uranium-235 vào mục tiêu được làm từ cùng một loại vật liệu.
ĐỌC THÊM: Bom khinh khí là gì?
Kỹ thuật này đã phát triển trong những năm gần đây và trong vũ khí hiện đại, khối lượng tới hạn phụ thuộc vào mật độ của vật liệu. Những vũ khí này kích nổ chất nổ hóa học xung quanh cái gọi là hố kim loại uranium-235 hoặc plutonium-239. Các đồng vị này là những nguyên tố phổ biến nhất có khả năng trải qua quá trình phân hạch. Uranium và plutonium đều được tìm thấy tự nhiên trong các mỏ khoáng sản, mặc dù với số lượng rất nhỏ (dưới 1% đối với uranium và thậm chí ít hơn đối với plutonium) có nghĩa là chúng cần được sản xuất. Đây là một quá trình tốn kém và mất thời gian và là rào cản chính để chế tạo bom hạt nhân một cách tự do hơn.
ĐỌC TIẾP: Sự khác biệt giữa bom khinh khí và bom nguyên tử là gì?
làm cách nào để tải video từ tin nhắn facebook?
Trong các vụ nổ hạt nhân hiện đại, vụ nổ thổi vào trong, ép các nguyên tử trong hố lại với nhau. Sau khi đạt được khối lượng tới hạn, neutron được sử dụng để tạo ra một chuỗi phản ứng phân hạch, đến lượt nó, tạo ra vụ nổ nguyên tử. Vũ khí nhiệt hạch sử dụng năng lượng từ vụ nổ phân hạch để ép các đồng vị hydro lại với nhau tạo ra một quả cầu lửa có nhiệt độ nóng như mặt trời.
