 |
| Founder |
 |
Ngày tham gia: 18 Tháng 6 2007, 19:30
Bài viết: 2448
|
 Inspecting a final optics assembly at the National Ignition Facility in California.Jason Laurea/Lawrence Livermore National Laboratory
Kiểm tra cụm quang học cuối cùng tại Cơ sở đánh lửa quốc gia ở California. Jason Laurea / Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore
Ngôi sao quyền lực
Tác giả: German Lopez
Bản Dịch: Google Translater.
Nếu bạn thích khoa học viễn tưởng, bạn có thể đã nghe nói về phản ứng tổng hợp hạt nhân. Trong thế giới thực, nhiệt hạch là thứ năng lượng cung cấp cho mặt trời. Trong một số câu chuyện khoa học viễn tưởng , con người trong một tương lai xa đã học cách sử dụng nhiệt hạch để tạo ra một nguồn năng lượng cuối cùng, tất cả cho một nguồn năng lượng dồi dào và không gây ô nhiễm môi trường hoặc thải ra các chất thải có mức độ phóng xạ nguy hiểm.
Hôm qua, các nhà khoa học tại Bộ Năng lượng đã công bố một bước đột phá có thể giúp biến tầm nhìn khoa học viễn tưởng đó thành hiện thực. Sau nhiều thập kỷ cố gắng, lần đầu tiên các nhà khoa học đã thực hiện một phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra nhiều năng lượng hơn là cho vào nó. Đằng sau mô tả kỹ thuật đó là một bước đột phá đơn giản nhưng quan trọng: Con người có thể khai thác quá trình cung cấp năng lượng cho các ngôi sao để tạo ra năng lượng trên Trái đất.
“Đó là một khoảnh khắc khoa học thực sự,” đồng nghiệp của tôi, Kenneth Chang, người nghiên cứu về vật lý và các ngành khoa học khác, nói với tôi. “Nó cho phép bạn nhìn về phía trước và hy vọng về những gì có thể.”
Tại sao kết quả này là một vấn đề lớn như vậy? Là một nguồn năng lượng sạch, phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể giúp thay thế nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm và khắc phục biến đổi khí hậu. Và nếu những thách thức còn lại — trong đó có rất nhiều — được tìm ra, thì phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn khả năng của các công nghệ ngày nay.
Nghiêm trọng trước tương lai tiềm năng đó. Các nhà khoa học có thể sao chép một cách đáng tin cậy những gì họ đã làm chỉ một lần không? Nó có thể được thực hiện hiệu quả hơn và nhanh hơn không? Nó có thể được nhân rộng? Tất cả những câu hỏi này đều nghiêm trọng đến mức, nếu không được khắc phục, thông báo ngày hôm qua cuối cùng có thể chỉ là con số nhỏ.
Bất cứ điều gì liên quan đến khoa học hạt nhân đều có thể trở nên phức tạp và kỹ thuật nhanh chóng. Trong bản tin hôm nay, tôi muốn hướng dẫn bạn một số điều cơ bản để bạn có thể hiểu tại sao thông báo có thể là một khám phá lớn.
Bắt Chước Mặt Trời
Sự hợp nhất là thứ cung cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao khác. Lực hấp dẫn khổng lồ của mặt trời liên tục nén các nguyên tử hydro và hợp nhất chúng thành heli, giải phóng các vụ nổ năng lượng. Năng lượng đó được truyền qua hệ mặt trời dưới dạng ánh sáng và nhiệt, trong những trường hợp hiếm hoi tạo ra điều kiện cho sự sống.
Trở lại Trái đất, các nhà khoa học hy vọng tái tạo một phần rất nhỏ của quy trình đó để cung cấp năng lượng cho các công nghệ và cơ sở hạ tầng khác của chúng ta mà không thải ra khí thải làm nóng khí hậu như than, dầu và khí đốt hoặc chất thải phóng xạ mà các nhà máy điện hạt nhân hiện nay gây ra.
Hầu hết các thí nghiệm tổng hợp hạt nhân đã sử dụng các lò phản ứng hình bánh rán và từ trường để bẫy hydro, nung chảy nó và giải phóng năng lượng. Những thí nghiệm đó vẫn chưa tạo ra nhiều năng lượng hơn mức chúng sử dụng—mục tiêu mà chúng cần đáp ứng để được coi là một nguồn năng lượng thực sự.
Những gì phòng thí nghiệm của Bộ Năng lượng đã làm là khác nhau. Nó bắn 192 tia laser vào một viên hydro nhỏ. Điều này làm viên đạn nóng lên, khiến nó nổ tung, hợp nhất thành heli và giải phóng một luồng năng lượng.
Phòng thí nghiệm đã tiến hành thí nghiệm này trong nhiều năm, điều chỉnh cách thức và vị trí các tia laser được bắn ra. Vào ngày 5 tháng 12, những thay đổi đã được đền đáp: Kết quả là phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra nhiều năng lượng hơn — nhiều hơn khoảng 50% — so với năng lượng đến từ các tia laser. (Mặc dù việc bắn laze sử dụng nhiều năng lượng hơn — một vấn đề khác cần giải quyết.)
Kenneth nói: “Họ có thể nói một cách dứt khoát rằng họ đã thực hiện một phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra nhiều năng lượng hơn là năng lượng đi vào để bắt đầu phản ứng. “Nghiên cứu tổng hợp hạt nhân đã được khoảng 50 năm và chưa ai có thể nói điều đó trước đây.”
Mục tiêu bây giờ là tinh chỉnh phương pháp này hơn nữa, hy vọng làm cho nó khả thi về mặt thương mại và cuối cùng là thay thế các nguồn năng lượng khác, bẩn hơn.
Rào Cản Còn Lại
Đối với các nhà khoa học thì đây là kết quả rất thú vị, họ thừa nhận rằng có khả năng hàng thập kỷ nghiên cứu vẫn còn trước khi bước đột phá này dẫn đến việc sử dụng thương mại rộng rãi, nếu nó được tạo ra.
Thứ nhất, các nhà khoa học đã đạt được loại phản ứng nhiệt hạch này đúng một lần. Việc sử dụng thương mại sẽ yêu cầu các cơ sở tái tạo kết quả đó một cách đáng tin cậy và liên tục, bắn tia laze lên đến 10 lần một giây.
Một số nhiên liệu được sử dụng cho quá trình đặc biệt này cũng có thể khó kiếm được . Các loại nhiên liệu khả thi khác tồn tại — có khả năng là từ việc khai thác mặt trăng (vâng, điều đó nghe có vẻ hoang dã) — nhưng những loại nhiên liệu đó sẽ yêu cầu một loạt các đột phá hoàn toàn khác để có được và sử dụng.
Và có nhiều câu hỏi thực tế hơn về chi phí và quy mô. Kenneth lưu ý rằng tổ hợp laser của Bộ Năng lượng có diện tích tương đương với ba sân bóng đá - “quá lớn, quá đắt, quá kém hiệu quả đối với một nhà máy điện thương mại.”
Tuy nhiên, các đột phá khoa học thường bắt đầu trong môi trường phòng thí nghiệm phi thực tế trước khi chúng được tinh chỉnh để sử dụng công cộng. Ít nhất, khám phá này cho thấy phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể là một nguồn năng lượng. Bây giờ công việc bắt đầu cố gắng biến nó thành một công nghệ có thể sử dụng được.
Để Biết Thêm
•Bước đột phá này cũng có thể giúp các nhà khoa học nghiên cứu các phản ứng hạt nhân không có các vụ nổ dưới lòng đất .
•Ngay cả khi năng lượng nhiệt hạch trở thành hiện thực, nó có thể sẽ không xảy ra kịp thời để ngăn chặn những tác động ngắn hạn tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu.
•“Có lẽ vấn đề công nghệ quan trọng nhất vào buổi bình minh của thế kỷ 21 là quốc gia nào sẽ kiểm soát phản ứng tổng hợp hạt nhân ,” nhà tương lai học Lawrence E. Joseph lập luận trên tờ Times Opinion năm 1995.
Bản tiếng Anh
Star power
By German Lopez
If you enjoy science fiction, you might have heard of nuclear fusion. In the real world, fusion is what powers the sun. In some sci-fi tales, humans in a far-flung future have learned how to wield fusion for an end-all, be-all source of energy — one that is abundant and does not pollute the environment or release dangerous levels of radioactive waste.
Yesterday, scientists at the Department of Energy announced a breakthrough that could help make that sci-fi vision into reality. After decades of trying, scientists for the first time carried out a nuclear fusion reaction that produced more energy than went into it. Behind that technical description is a simple but important breakthrough: Humans can tap into the process that powers stars to produce energy on Earth.
“It’s a true scientific moment,” my colleague Kenneth Chang, who covers physics and other sciences, told me. “It lets you look forward and get hopeful about what’s possible.”
Why is this result such a big deal? As a clean source of energy, nuclear fusion could help replace polluting fossil fuels and overcome climate change. And if the remaining challenges — of which there are many — are figured out, nuclear fusion could produce more energy than today’s technologies are capable of.
Serious barriers remain before that potential future, experts caution. Can scientists reliably replicate what they’ve done only once? Can it be done more efficiently and more quickly? Can it be scaled up? All these questions are serious enough that, if not overcome, yesterday’s announcement may ultimately amount to little.
Anything involving nuclear science can get technical and complicated fast. In today’s newsletter, I want to walk you through some of the basics so you can understand why the announcement could be a big discovery.
Imitating the sun
Fusion is what powers the sun and other stars. The sun’s massive gravitational pull constantly compresses hydrogen atoms and fuses them into helium, releasing bursts of energy. That energy is transmitted across the solar system as light and heat, in rare circumstances creating the conditions for life.
Back on Earth, scientists hope to replicate a tiny fraction of that process to power our other technologies and infrastructure, without emitting the climate-warming emissions that coal, oil and gas do or the radioactive waste that current nuclear power plants do.
Most nuclear fusion experiments have used doughnut-shaped reactors and magnetic fields to trap hydrogen, fuse it and release energy. Those experiments have not yet produced more energy than they used — the goal they need to meet to be considered a true source of energy.
What the Department of Energy’s lab did was different. It fired 192 lasers at a tiny hydrogen pellet. This heated up the pellet, causing it to implode, fuse into helium and release a blast of energy.
The lab had been conducting this experiment for years, tweaking how and where the lasers are fired. On Dec. 5, the changes paid off: The resulting nuclear fusion produced more energy — about 50 percent more — than the incoming energy from the lasers. (Although firing the lasers uses more energy — a different problem to solve.)
“They can say unequivocally that they did a nuclear fusion reaction that produces more energy than goes in to start the reaction,” Kenneth said. “Nuclear fusion research has been around for 50 years, and no one has been able to say that before.”
The goal now is to refine this approach further, hopefully to make it commercially viable and eventually to supplant other, dirtier sources of energy.
Remaining barriers
As exciting as the results are to scientists, they acknowledged that potentially decades of work remain before this breakthrough leads to widespread commercial use, if it ever does.
For one, scientists have achieved this kind of fusion reaction exactly once. Commercial use would require facilities to reproduce that result reliably and constantly, firing lasers up to 10 times a second.
Some of the fuel used for this particular process could also be hard to come by. Other possible fuels exist — potentially from mining the moon (yes, that’s as wild as it sounds) — but those would require a whole different set of breakthroughs to obtain and use.
And there are more practical questions about cost and scale. The Department of Energy’s laser complex takes up the equivalent of three football fields, Kenneth noted — “too big, too expensive, too inefficient for a commercial power plant.”
Yet it’s typical for scientific breakthroughs to start in unrealistic lab settings before they are refined for public use. At the very least, this discovery shows that nuclear fusion can be a source of energy. Now the work begins to try to turn that into a usable technology.
For more
•The breakthrough might also help scientists study nuclear reactions without underground detonations.
•Even if fusion power becomes a reality, it probably won’t happen in time to avert the worst near-term effects of climate change.
•“Perhaps the most important technological issue at the dawn of the 21st century is which nation will control nuclear fusion,” the futurist Lawrence E. Joseph argued in Times Opinion in 1995.
|
|
