Bong bóng heli siêu nóng, "ác mộng" của lò phản ứng tổng hợp hạt nhân

Khí heli siêu nóng đi qua kim loại và để lại các lỗ rỗng làm suy yếu và dần phá hủy lò phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu mới để giải quyết hiện tượng bong bóng heli phá hủy kim loại, được coi là "ác mộng" trong các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, theo Popular Mechanics.


Bong bóng heli là vấn đề nan giải trong các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân. (Ảnh: Popular Mechanics).

Lò phản ứng tổng hợp hạt nhân đốt nóng hydro lên hàng triệu độ C để tạo thành heli trong phản ứng nhiệt hạch. Tuy nhiên quá trình này thường đòi hỏi nguồn năng lượng đầu vào để khởi động phản ứng rất lớn, có thể nhiều hơn cả mức năng lượng tạo ra.

Ngoài việc phải xác định tỷ lệ phù hợp của ion hydro, chất đồng vị deuterium, helium-3 và tìm cách đốt nóng hỗn hợp để tạo ra phản ứng nhiệt hạch, các chuyên gia còn phải giải quyết một vấn đề quan trọng, đó là làm thế nào để thiết kế một lò phản ứng có thể chịu được nhiệt độ và áp lực cực lớn của phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Trong lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, hỗn hợp plasma của khí heli sinh ra khi nung nóng hydro lên hàng trăm triệu độ C có thể xâm nhập các bộ phận kim loại. Khi heli đi qua chất rắn, nó sẽ tạo thành các bong bóng tương tự bong bóng CO2 trong đồ uống có ga.

Những bong bóng này sẽ để lại nhiều lỗ hổng trong kim loại và dần làm yếu kết cấu của các bộ phận trong lò phản ứng. Dù thu được các phản ứng năng lượng dương thì chúng cũng có thể phá hủy lò phản ứng trước khi mức năng lượng tạo ra bù đắp được chi phí xây dựng ban đầu.

"Các bong bóng heli bên trong kim loại sẽ ở đó vĩnh viễn vì kim loại là chất rắn. Khi heli tích lũy càng nhiều, số bong bóng này bắt đầu liên kết với nhau và phá hủy toàn bộ kim loại", Michael Demkowicz, giáo sư tại Đại học Texas A&M, cho biết.

Demkowicz cùng đồng nghiệp hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos để tìm ra giải pháp mới. Họ xem xét ảnh hưởng của bong bóng heli lên nanocomposite, vật liệu rắn gồm một lớp kim loại mỏng, chiều rộng nhỏ hơn 50 nanomet, kẹp giữa các lớp kim loại khác dày hơn. Trong trường hợp này, nhóm nghiên cứu đặt một lớp đồng mỏng giữa hai lớp vanadium dày, sau đó bơm heli vào đồng.


Heli tạo thành các rãnh khi đi qua nanocomposite. (Ảnh: Texas A&M).

Các nhà khoa học ngạc nhiên nhận thấy heli tạo ra những đường rãnh trên nanocomposite thay vì bong bóng như với các kim loại thông thường. Nếu những đường rãnh hợp thành mạng lưới ổn định cho heli đi qua thì vật liệu này có thể bền hơn các kim loại đang sử dụng trong thí nghiệm tổng hợp hạt nhân.

"Chúng tôi rất phấn khích trước những gì chứng kiến. Khi cho càng nhiều heli vào trong nanocomposite, các rãnh heli lại bắt đầu nối với nhau thay vì phá hủy vật liệu này và tạo ra một dạng hệ mạch", Demkowicz nói.

Ngoài việc tạo ra vật liệu mới có khả năng chống chịu tốt hơn cho lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, Demkowicz tin rằng phát hiện mới có thể ứng dụng vào nhiều nghiên cứu khoa học khác.

"Ứng dụng trong lò phản ứng tổng hợp hạt nhân chỉ là phần nổi của tảng băng. Tôi nghĩ khả năng ứng dụng rộng hơn nằm ở việc tạo ra các rãnh trong chất rắn, giống như các mô với hệ mạch. Chúng ta sẽ vận chuyển được gì qua các hệ mạch như thế? Có thể là hơi nóng, điện năng, thậm chí các chất hóa học giúp vật liệu tự liền lại", Demkowicz nhận xét.

Loading...
TIN CŨ HƠN
Những điều bạn chưa biết về kinh tuyến và vĩ tuyến

Những điều bạn chưa biết về kinh tuyến và vĩ tuyến

Dưới đây là những khái niệm cơ bản và dễ hiểu nhất về kinh tuyến và vĩ tuyến, cũng như cách xác định kinh tuyến và vĩ tuyến trên bản đồ, mời các bạn cùng xem.

Đăng ngày: 28/04/2025
Google Maps hoạt động như thế nào?

Google Maps hoạt động như thế nào?

Google Maps đã trở thành một phần thiết yếu của internet trong một thập kỷ trở lại đây, nhưng rất ít người biết cách thức hoạt động của nó như thế nào.

Đăng ngày: 28/04/2025
Người đàn ông

Người đàn ông "không có não" mà vẫn sống thách thức giới khoa học

Bệnh nhân 44 tuổi có đầy đủ nhận thức như bao người dù mang bộ não khác thường.

Đăng ngày: 26/04/2025
Bí kíp cực hay giúp bạn thoát khỏi đầm lầy

Bí kíp cực hay giúp bạn thoát khỏi đầm lầy

Nếu chẳng may bạn rơi xuống đầm lầy và phát hiện hai chân các bạn đang bị lún dần thì không được vội vàng rút chân hoặc vùng vẫy, vì càng vùng vẫy thì càng bị lún nhanh hơn và cũng mau chóng tiêu hao sức lực hơn.

Đăng ngày: 26/04/2025
Vì sao bạn hát dở, hay thậm chí không biết hát?

Vì sao bạn hát dở, hay thậm chí không biết hát?

Mọi người có co rúm người lại khi bạn hát không? Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, trong hai mươi người thì chỉ có 1 người thật sự mắc chứng không phân biệt được nốt nhạc hay chứng amusia.

Đăng ngày: 26/04/2025
Những quái vật từng

Những quái vật từng "làm mưa làm gió" trong thần thoại

Trong thần thoại bên cạnh những con vật hần kỳ như: Hydra và Hades, nhện khổng lồ... còn tồn tại nhiều quái vật kỳ lạ ít được biết đến và dần bị lãng quên: Sói lai sư tử Crocotta, hàm lợn đuôi voi Yale, mình trâu đầu bò Catoblepas...

Đăng ngày: 26/04/2025
Truyền thuyết và ý nghĩa của hoa Tulip

Truyền thuyết và ý nghĩa của hoa Tulip

Hoa Tulip tượng trưng cho sự nổi tiếng, giàu có và tình yêu hoàn hảo. Có lẽ vì nó nở vào mùa xuân, khi bóng tối của những ngày đông đã bị xóa nhòa, Tulip còn trở thành biểu tượng cho cuộc sống vĩnh hằng.

Đăng ngày: 21/04/2025
Tiêu điểm
Khoa Học News