0:00

4:53

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

TED-Ed·4:53·Technology·B2

Chương · 5

Chương 1·Atomic Fusion and Mass Conversion

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:07

In the time it takes to snap your fingers, the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years.

Chỉ trong tích tắc bằng một cái búng tay, Mặt Trời giải phóng đủ năng lượng để cung cấp cho toàn bộ nền văn minh của chúng ta trong 4.500 năm.

0:16

So naturally, scientists and engineers have been working to build a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.

Vì thế một cách tự nhiên, các nhà khoa học và kỹ sư đã và đang nỗ lực chế tạo một ngôi sao thu nhỏ ngay trên Trái Đất... để hòa vào lưới điện của chúng ta.

0:23

And the thing is, we already kind of have.

Và sự thật là, ở một chừng mực nào đó chúng ta đã làm được điều này.

0:27

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

Chỉ là nó trông không giống một ngôi sao tí hon lơ lửng trong phòng thí nghiệm.

0:30

The stars are made of an almost incomprehensible number of particles, which gravity compresses into a super dense core.

Các ngôi sao được tạo nên từ một lượng hạt nhiều đến mức gần như không thể tưởng tượng nổi, và lực hấp dẫn đã nén chúng thành một lõi siêu đặc.

0:38

This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together, forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion.

Phần lõi này đủ nóng và đặc để ép các hạt nhân nguyên tử lại với nhau, tạo thành các hạt nhân lớn hơn, nặng hơn trong một quá trình được gọi là nhiệt hạch.

0:47

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

Quá trình ngược lại, khi một nguyên tử phân tách thành hai, được gọi là phân hạch.

0:51

In both processes, the mass of the end products is slightly less than the mass of the initial atoms.

Trong cả hai quá trình, khối lượng của các sản phẩm cuối cùng đều nhẹ hơn một chút so với khối lượng của các nguyên tử ban đầu.

0:57

But that lost mass doesn’t disappear— it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation.

Nhưng lượng khối lượng mất đi đó không hề biến mất— nó được chuyển hóa thành năng lượng theo phương trình nổi tiếng của Einstein.

1:03

And since c² is such a massive number, both fission and fusion generate a lot of energy.

Và vì c² là một con số khổng lồ, cả phân hạch lẫn nhiệt hạch đều tạo ra một lượng năng lượng cực lớn.

1:10

Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei.

Phản ứng nhiệt hạch trong Mặt Trời của chúng ta chủ yếu tạo ra các hạt nhân heli.

1:14

In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus, which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus, which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus.

Theo lộ trình phổ biến nhất, hai proton nhiệt hạch kết hợp tạo thành một hạt nhân deuteri, hạt nhân này sau đó hợp nhất với một proton khác để tạo thành hạt nhân heli-3, rồi hạt nhân heli-3 này lại hợp nhất với một hạt nhân heli-3 khác để tạo thành hạt nhân heli-4.

1:28

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

Nhưng có một khúc mắc— bước đầu tiên đó cực kỳ hiếm khi xảy ra.

1:32

Only 1 in 100 septillion collisions between protons results in a deuterium nucleus.

Chỉ có 1 trong số 100 triệu tỷ tỷ va chạm giữa các proton dẫn đến việc tạo thành một hạt nhân deuteri.

1:39

In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons that even a reaction this rare happens all the time.

Ở Mặt Trời thì đây không phải là vấn đề bởi vì có quá nhiều proton đến mức ngay cả một phản ứng hiếm hoi như vậy vẫn diễn ra liên tục.

1:45

But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction, where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus to form a helium-4 nucleus and a neutron.

Nhưng trên Trái Đất, các nhà nghiên cứu dựa vào một phản ứng dễ tái tạo hơn, nơi một hạt nhân deuteri kết hợp với một hạt nhân triti để tạo thành hạt nhân heli-4 và một neutron.

1:57

We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators since the 1930s.

Chúng ta trên thực tế đã thực hiện các phản ứng như thế này bên trong máy gia tốc hạt từ những năm 1930.

2:03

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

Thế nhưng những máy gia tốc này không được thiết kế để khai thác năng lượng mà phản ứng này giải phóng.

2:07

Rather, they’re used to generate neutrons for a variety of scientific and military purposes.

Thay vào đó, chúng được sử dụng để tạo ra neutron phục vụ nhiều mục đích khoa học và quân sự khác nhau.

2:12

Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy, 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, and then send the rest out to our power grid.

Trong khi nếu muốn dùng nhiệt hạch để tạo ra nguồn năng lượng vô tận, chúng ta cần một thiết bị có thể khai thác năng lượng giải phóng, truyền đủ lượng năng lượng đó ngược lại vào thiết bị để duy trì phản ứng tiếp diễn, rồi truyền phần còn lại vào lưới điện của chúng ta.

2:26

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

Và để đảm nhận nhiệm vụ đó, chúng ta cần một lò phản ứng nhiệt hạch.

2:30

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

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

2:35

But that reaction would happen in a superhot core and the resulting neutrons would shoot outward to heat up a layer of lithium metal.

Nhưng phản ứng đó sẽ diễn ra trong một lõi siêu nóng và các neutron sinh ra sẽ bắn ra ngoài để làm nóng một lớp kim loại liti.

2:43

That heat would then boil water, generating steam to run turbines and produce electricity.

Lượng nhiệt đó sau đó sẽ đun sôi nước, tạo ra hơi nước để làm quay tuabin và sản xuất điện.

2:48

Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core and slam into other nuclei to keep the reaction going— and the electricity flowing.

Trong khi đó, các hạt nhân heli sẽ ở lại trong lõi và va chạm vào các hạt nhân khác để duy trì phản ứng tiếp diễn— và dòng điện tiếp tục chạy.

2:57

This tech has many practical challenges, including how to confine a swirling mass of million-degree matter.

Công nghệ này đối mặt với nhiều thách thức thực tế, bao gồm cách giam giữ một khối vật chất xoáy cuộn ở nhiệt độ hàng triệu độ.

3:03

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

Nhưng rào cản lớn nhất chính là đạt được cái gọi là điểm mồi cháy nhiệt hạch.

3:06

An energy technology is only commercially viable if it puts out more energy than it uses.

Một công nghệ năng lượng chỉ khả thi về mặt thương mại nếu nó tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ.

3:11

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

Và một lò phản ứng nhiệt hạch cần rất nhiều năng lượng để làm lõi đủ nóng cho phản ứng nhiệt hạch diễn ra.

3:17

So there’s a tipping point: a moment when the fuel is hot enough to start the reaction and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature.

Vì vậy có một điểm bùng phát: thời điểm khi nhiên liệu đủ nóng để bắt đầu phản ứng và giải phóng nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để đạt tới và duy trì nhiệt độ đó.

3:26

This is ignition.

Đây chính là điểm mồi cháy nhiệt hạch.

3:28

Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity, but this approach is impossible on Earth since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth.

Các ngôi sao đạt tới điểm mồi cháy dưới sức nén của lực hấp dẫn khổng lồ, nhưng phương pháp này là bất khả thi trên Trái Đất vì bạn sẽ cần khối lượng gấp hàng nghìn lần toàn bộ Trái Đất.

3:38

So researchers typically rely on vast arrays of lasers, or methods that combine magnets with high energy particles or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.

Do đó, các nhà nghiên cứu thường dựa vào các mảng laser khổng lồ, hoặc các phương pháp kết hợp nam châm với hạt mang năng lượng cao hoặc sóng điện từ tương tự như sóng trong lò vi sóng.

3:49

In 2022, scientists at the US National Ignition Facility demonstrated ignition for the first time ever, using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees.

Vào năm 2022, các nhà khoa học tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia Hoa Kỳ (NIF) đã lần đầu tiên chứng minh được điểm mồi cháy nhiệt hạch, sử dụng 192 tia laser để nung nóng deuteri và triti lên tới 100 triệu độ.

4:03

While this was a huge step forward, we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor that produces more energy than it uses.

Dù đây là một bước tiến vượt bậc, chúng ta vẫn còn khá xa mới có được một lò phản ứng tự duy trì, vận hành lâu dài và tạo ra nhiều năng lượng hơn lượng tiêu tốn.

4:11

But once operational, these relatively small reactors could power a city of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel.

Nhưng một khi đi vào hoạt động, những lò phản ứng tương đối nhỏ này có thể cung cấp năng lượng cho một thành phố một triệu dân trong một năm chỉ với lượng nhiên liệu vừa hai chiếc xe bán tải.

4:20

Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal to produce that much energy.

Ngày nay, bạn sẽ phải đốt khoảng 3 triệu tấn than đá để tạo ra ngần ấy năng lượng.

4:26

That is the promise of fusion: limitless, on-demand energy with almost no emissions.

Đó chính là lời hứa hẹn của nhiệt hạch: nguồn năng lượng vô tận, theo nhu cầu và hầu như không phát thải.

4:32

True star power, right here on Earth.

Năng lượng thực sự từ các vì sao, ngay tại Trái Đất.

Transcript

Hiển thị

Atomic Fusion and Mass Conversion

George Zaidan introduces the physical mechanism driving stellar energy production through atomic fusion. The core compression in stars forces atomic nuclei together, converting lost mass directly into immense quantities of energetic output.

George Zaidan giới thiệu cơ chế vật lý thúc đẩy quá trình sản sinh năng lượng của các vì sao thông qua phản ứng nhiệt hạch. Áp lực nén tại lõi sao ép các hạt nhân nguyên tử lại với nhau, chuyển hóa phần khối lượng bị mất thành nguồn năng lượng khổng lồ phát ra.