How close are we to powering the world with nuclear fusion? - George Zaidan

Translator: Ngoc Tran Reviewer: Ngọc Châu Phạm

In the time it takes to snap your fingers,

Trong lúc bạn búng tay thì mặt trời đã giải phóng đủ năng lượng

the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years.

để cung cấp cho toàn bộ nền văn minh của chúng ta trong 4.500 năm.

So naturally, scientists and engineers have been working to build

Nên, theo lẽ tự nhiên, các nhà khoa học và kỹ sư đã đang làm việc để tạo ra

a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.

một ngôi sao thu nhỏ ngay trên Trái đất ... để nối vào lưới điện của chúng ta.

And the thing is, we already kind of have.

Mà vấn đề là, chúng ta đã có rồi.

It just doesn’t look like a tiny star floating in a lab.

Nó chỉ trông không giống một ngôi sao nhỏ trôi nổi trong phòng thí nghiệm.

Các ngôi sao được tạo thành từ số lượng hạt gần như không thể tưởng tượng được,

The stars are made of an almost incomprehensible number of particles,

which gravity compresses into a super dense core.

được trọng lực nén thành một lõi siêu đặc.

This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together,

Lõi này đủ nóng và đặc để ép các hạt nhân nguyên tử lại với nhau,

forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion.

thành các hạt nhân lớn hơn, nặng hơn trong một quá trình gọi là phản ứng nhiệt hạch.

The reverse process, where one atom splits into two, is called fission.

Ngược lại, quá trình một nguyên tử tách thành hai, gọi là phân hạch.

In both processes, the mass of the end products is slightly less

Trong cả hai quá trình, khối lượng của sản phẩm cuối cùng nhỏ hơn một chút

so với khối lượng của các nguyên tử ban đầu.

than the mass of the initial atoms.

But that lost mass doesn’t disappear—

Nhưng khối lượng “bị mất” đó không biến mất,

it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation.

mà chuyển đổi thành năng lượng theo phương trình nổi tiếng của Einstein.

And since c² is such a massive number,

Và vì c² là một con số khổng lồ,

both fission and fusion generate a lot of energy.

nên cả phản ứng nhiệt hạch và phân hạch đều tạo ra rất nhiều năng lượng.

Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei.

Phản ứng nhiệt hạch ở Mặt trời chủ yếu tạo ra hạt nhân heli.

In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus,

Quá trình phổ biến nhất là hai proton kết hợp lại tạo thành hạt nhân deuteri,

which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus,

sau đó kết hợp với một proton khác, để tạo thành hạt nhân heli-3,

which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus.

rồi kết hợp với một hạt nhân heli-3 khác để tạo thành hạt nhân heli-4 .

But there’s a catch— that first step is incredibly rare.

Nhưng có một điểm mấu chốt - bước đầu tiên là vô cùng hiếm.

Only 1 in 100 septillion collisions between protons

Chỉ có 1 trong số hằng hà sa số vụ va chạm giữa các proton

results in a deuterium nucleus.

là tạo ra được hạt nhân deuteri.

In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons

Đối với Mặt trời thì đây không phải là vấn đề vì có nhiều proton đến nỗi

that even a reaction this rare happens all the time.

phản ứng hiếm gặp này xảy ra mọi lúc.

But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction,

Còn trên Trái đất, các nhà nghiên cứu dựa vào một phản ứng dễ tái thực hiện hơn,

where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus

ở đó, hạt nhân deuteri kết hợp với hạt nhân tritium

to form a helium-4 nucleus and a neutron.

tạo thành hạt nhân heli-4 và neutron.

We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators

Thực tế chúng ta đã thực hiện các phản ứng này bên trong máy gia tốc hạt

since the 1930s.

từ những năm 1930. Nhưng những máy gia tốc này

But these accelerators are not designed to harness the energy this reaction releases.

không được thiết kế để khai thác năng lượng mà phản ứng này giải phóng.

Rather, they’re used to generate neutrons

Thay vào đó, chúng được dùng để tạo ra neutron

for a variety of scientific and military purposes.

cho nhiều mục đích khoa học và quân sự.

Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy,

Trong khi đó nếu chúng ta muốn sử dụng nhiệt hạch để tạo ra năng lượng vô hạn,

thì cần một thiết bị có thể khai thác năng lượng được giải phóng,

we’d need a device that can harness the energy released,

channel enough of that energy back into the device to keep the reaction going,

chuyển đủ năng lượng đó trở lại thiết bị để duy trì phản ứng

and then send the rest out to our power grid.

và sau đó gửi phần còn lại đến lưới điện của chúng ta.

And for that job, we need a nuclear fusion reactor.

Để làm được điều đó, chúng ta cần một lò phản ứng nhiệt hạch.

Like a particle accelerator, a reactor would generate helium nuclei and neutrons.

Như một máy gia tốc hạt, một lò phản ứng sẽ tạo ra các hạt nhân heli và neutron.

But that reaction would happen in a superhot core

Nhưng phản ứng đó sẽ xảy ra trong một lõi siêu nóng

and the resulting neutrons would shoot outward

và các neutron tạo thành sẽ bắn ra ngoài

to heat up a layer of lithium metal.

làm nóng một lớp kim loại lithium.

That heat would then boil water,

Rồi nhiệt đó sẽ đun sôi nước,

generating steam to run turbines and produce electricity.

tạo ra hơi nước để chạy các tua bin và sản xuất điện.

Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core

Trong khi đó, các hạt nhân heli sẽ ở trong lõi

and slam into other nuclei to keep the reaction going—

và va chạm với các hạt nhân khác để duy trì phản ứng,

and the electricity flowing.

và dòng điện.

This tech has many practical challenges,

Công nghệ này gặp nhiều thách thức thực tiễn,

including how to confine a swirling mass of million-degree matter.

bao gồm cả cách để giữ một khối vật chất xoáy hàng triệu độ.

But the biggest hurdle is achieving what's called ignition.

Nhưng trở ngại lớn nhất là phải đạt được cái gọi là đánh lửa.

An energy technology is only commercially viable

Một công nghệ năng lượng chỉ khả thi về mặt thương mại

if it puts out more energy than it uses.

nếu nó cung cấp nhiều năng lượng hơn mức sử dụng.

And a fusion reactor needs a lot of energy to get the core hot enough

Và một lò phản ứng nhiệt hạch cần rất nhiều năng lượng cho lõi đủ nóng

for fusion to occur.

để phản ứng nhiệt hạch xảy ra.

So there’s a tipping point:

Nên, có một điểm bùng phát:

a moment when the fuel is hot enough to start the reaction

là khoảnh khắc khi nhiên liệu đủ nóng để bắt đầu phản ứng

and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature.

và giải phóng nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để đạt và duy trì nhiệt độ đó.

This is ignition.

Đây chính là sự đánh lửa.

Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity,

Các ngôi sao đạt đến trạng thái đánh lửa dưới lực hấp dẫn khổng lồ,

but this approach is impossible on Earth

nhưng đây là điều không thể trên Trái đất

since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth.

vì bạn sẽ cần khối lượng gấp hàng nghìn lần toàn bộ Trái đất.

So researchers typically rely on vast arrays of lasers,

Do đó, các nhà nghiên cứu thường dựa vào các chùm tia laser khổng lồ,

or methods that combine magnets with high energy particles

hoặc các phương pháp kết hợp nam châm với các hạt năng lượng cao

or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.

hay sóng điện từ tương tự như trong lò vi sóng của bạn.

In 2022, scientists at the US National Ignition Facility

Năm 2022, các nhà khoa học tại National Ignition Facility Hoa Kỳ

demonstrated ignition for the first time ever,

đã lần đầu tiên chứng minh sự đánh lửa

using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees.

bằng cách dùng 192 tia laser để làm nóng deuterium và tritium đến 100 triệu độ.

While this was a huge step forward,

Mặc dù đây là một bước tiến lớn,

we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor

chúng ta vẫn còn cách rất xa một lò phản ứng tự duy trì, hoạt động lâu dài,

that produces more energy than it uses.

tạo ra nhiều năng lượng hơn mức sử dụng.

But once operational, these relatively small reactors could power a city

Nhưng một khi hoạt động, các lò phản ứng

tương đối nhỏ này có thể cung cấp năng lượng cho một thành phố triệu dân

of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel.

trong một năm chỉ với hai xe bán tải nhiên liệu.

Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal

Hiện nay, bạn phải đốt khoảng 3 triệu tấn than

to produce that much energy.

để sản xuất chừng đó năng lượng.

That is the promise of fusion:

Đó như là sự hứa hẹn của phản ứng nhiệt hạch:

limitless, on-demand energy with almost no emissions.

nguồn năng lượng vô hạn đáp ứng nhu cầu mà gần như không có khí thải.

True star power, right here on Earth.

Sức mạnh thực sự của một ngôi sao, ngay tại đây trên Trái đất.