Phản ứng nhiệt hạch là gì? Vai trò quan trọng của phản ứng này

Chu Văn An

Trong vật lý, phản ứng nhiệt hạch là hiện tượng quan trọng, có vai trò rất lớn trong sự sống. Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng Vietchem tìm hiểu những thông tin chi tiết trong bài viết này để hiểu rõ hơn về phản ứng nhiệt hạch trên trái đất cũng như những ứng dụng của nó.

1. Khái niệm phản ứng nhiệt hạch

Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân, về cơ bản là một quá trình trong đó hai hạt nhân nguyên tử nhẹ kết hợp với nhau tạo thành hạt sản phẩm nặng hơn. Đồng thời, một lượng lớn năng lượng được giải phóng sau quá trình phản ứng.

Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng hạt nhân có vai trò rất quan trọng trong đời sống

Phản ứng này diễn ra ở trạng thái vật chất gọi là plasma – một loại khí nóng, tích điện được tạo thành từ các ion dương và electron chuyển động tự do trong môi trường. Tính chất của chúng hoàn toàn khác nhau, không giống như chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí.

Ví dụ phản ứng nhiệt hạch:

Ví dụ đơn giản nhất để bạn hiểu rõ hơn về phản ứng hạt nhân là phản ứng tổng hợp hydro thành heli. Quá trình này diễn ra phổ biến, thường xảy ra ở môi trường có nhiệt độ cao và áp suất cao hơn bình thường.

2. Cơ chế phản ứng nhiệt hạch là gì?

Như đã đề cập, bản chất của phản ứng này là tổng hợp 2 hạt nhân nhẹ thành 1 hạt nhân nặng hơn. Phản ứng này cần có các điều kiện sau để xảy ra:

• Nhiệt độ cao: Thường từ 50 triệu đến 100 triệu độ
• Mật độ hạt nhân trong plasma (n) được tính toán đủ lớn.
• Thời gian còn lại ở trạng thái plasma của môi trường ở nhiệt độ 100 triệu độ phải đủ dài để phản ứng xảy ra.

3. Lò phản ứng nhiệt hạch là gì?

Lò phản ứng nhiệt hạch đang hoạt động mạnh mẽ

Đây là những lò được xây dựng nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho phản ứng nhiệt hạch. Mục đích của các lò này là phục vụ nghiên cứu khoa học và sử dụng năng lượng nhiệt hạch cho các ngành công nghiệp khác nhau.

4. Năng lượng nhiệt hạch là gì?

Nguồn năng lượng phát ra từ phản ứng nhiệt hạch là năng lượng nhiệt hạch. Trên thực tế, chúng ta thường chỉ quan tâm đến các phản ứng nhiệt hạch tạo ra helium – chất có ứng dụng thực tế cao nhất.

Những tính toán nghiêm túc của cộng đồng khoa học cho thấy năng lượng giải phóng trong quá trình tổng hợp 1g helium lớn gấp 10 lần năng lượng giải phóng khi phân hạch 1 gam uranium. Đặc biệt, năng lượng này gấp tới 85 lần năng lượng giải phóng khi đốt 1 tấn than. Điều đó đủ để xác định lượng năng lượng thu được từ phản ứng nhiệt hạch.

5. Ứng dụng của phản ứng nhiệt hạch

Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu kỹ lưỡng phản ứng tổng hợp hạt nhân như một nguồn năng lượng thực tế. Từ đó, chúng ta có thể kiểm soát tốc độ, nhiệt lượng của phản ứng và đảm bảo nguồn năng lượng sử dụng cho đời sống và công nghiệp.

Ứng dụng của phản ứng hạt nhân đang được ứng dụng và nghiên cứu rộng rãi

Hiện nay, trên thế giới đã có lò phản ứng nhiệt hạch của Trung Quốc chuyên dùng để tạo ra năng lượng điện cho cuộc sống. Các nhà khoa học kỳ vọng nghiên cứu về bức xạ và phản ứng nhiệt hạch sẽ giải quyết được tình trạng năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt trên trái đất.

6. Phản ứng nhiệt hạch trên trái đất

Trên Trái đất, con người đã tạo ra phản ứng nhiệt hạch khi thử nghiệm bom H, và các nhà khoa học cũng đang thực hiện rất nhiều nghiên cứu để tạo ra phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát. Từ đó có được hiệu ứng định hướng như mong muốn.

Hiện nay, các trung tâm nghiên cứu nhiệt hạch đều sử dụng phản ứng nhiệt hạch giống nhau. Phản ứng được thực hiện đơn lẻ như sau:

• Để khí tritium dính vào bề mặt của tấm đồng;
• Hạt nhân Doterium được tăng tốc lên 2MeV sẽ bay tới và bắn trúng mục tiêu đồng đó.

Phản ứng nhiệt hạch sẽ xảy ra có dấu hiệu phát xạ neutron mang năng lượng, được xác định ở mức 15,1 MeV.

Để tạo ra phản ứng nhiệt hạch cho các hạt nhân trên cần thực hiện triệt để các công việc sau.

A/ Tăng vận tốc của hạt lên một mức rất lớn bằng một trong các số thực sau:

1. Tăng nhiệt độ chung của phản ứng;
2. Sử dụng máy gia tốc để tăng tốc độ hạt;
3. Sử dụng chùm tia laser mạnh để tăng tốc các hạt;

B/ Giới hạn những hạt nhân đó trong một phạm vi hẹp, có tính toán nhất định. Từ đó đảm bảo chúng có thể gặp nhau trong khoảng thời gian theo tiêu chuẩn Lo-xon để tạo ra phản ứng nhiệt hạch như mong muốn.

7. Tìm hiểu về phản ứng nhiệt hạch ở mặt trời

Các nhà khoa học đã xác định rằng năng lượng nhiệt hạch là nguồn năng lượng phát ra từ mặt trời. Và hầu hết các ngôi sao đều có năng lượng nhiệt hạch, giúp các phản ứng này trong vũ trụ luôn được duy trì.

Dưới ánh nắng mặt trời cũng xảy ra các phản ứng nhiệt hạch

Như vậy, Vietchem đã giúp các bạn tìm hiểu về phản ứng nhiệt hạch cũng như những thông tin liên quan. Hy vọng bài viết này giúp các bạn hiểu rõ hơn về phản ứng nhiệt hạch, đặc điểm và ứng dụng của nó trong thực tế.