Trong cùng một khoảng thời gian, có bao nhiêu năng lượng được tạo ra?

Mặt trời vốn được xem là một trong những nguồn năng lượng vô cùng mạnh mẽ do mẹ thiên nhiên tạo ra.

Mặt trời cách Trái đất đến 149,6 triệu km, nhưng chỉ với 1 phần 1 tỷ sản lượng năng lượng của Mặt trời cũng đủ để cung cấp cho sự sống trên toàn bộ Trái đất. Không chỉ vậy, năng lượng mà mặt trời phát ra mỗi giây nhiều hơn tổng lượng điện năng được tạo ra từ tất cả các nhà máy điện trên thế giới trong cả năm 2018.

Thông thường, con người tạo ra năng lượng bằng cách tận dụng sức mạnh từ thiên nhiên như: sức chảy của nước để xây thủy điện, năng lượng từ gió hay năng lượng mặt trời… để đáp ứng nhu cầu của cuộc sống. Tất yếu, ngoài những nguồn năng lượng đó con người còn chuyển đổi một số vật chất khác thành năng lượng.

1. Năng lượng từ các phản ứng dây chuyền

Đúng như tên gọi, năng lượng được tạo ra bằng cách tách các nguyên tử (đây được xem là thành phần cấu tạo cơ bản của mọi vật chất trong vũ trụ). Bằng cách này chúng ta có thể tạo ra một nguồn năng lượng ổn định. Tuy nhiên, đi kèm với những lợi ích khổng lồ từ các phản ứng thì việc mất kiểm soát có thể cùng một lúc giải phóng rất nhiều năng lượng có thể tạo ra một vụ nổ hạt nhân (sự kiện nổ nhà máy hạt nhân Chernobyl là một ví dụ điển hình).

Khi một nguyên tử bị phân tách nó sẽ tạo ra một phản ứng dây chuyền.

Lõi của nguyên tử - hạt nhân: được tạo thành từ các hạt electron, proton và neutron. Lực giữ các hạt nhân lại với nhau tích trữ một năng lượng rất lớn. Để có được năng lượng này, các nhà khoa học đã tạo ra quy trình tách một nguyên tử nặng thành các nguyên tử nhẹ hơn. Quá trình phân tách sẽ được giải phóng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng và được gọi là quá trình phân hạch hạt nhân.

Khi một nguyên tử bị phân tách nó sẽ tạo ra một phản ứng dây chuyền: cụ thể, nguyên tử bị phân tách sẽ kích thích một nguyên tử khác phân tách theo… quá trình này diễn ra liên tục. Để có thể kiểm soát được chuỗi phản ứng này, các nhà khoa học phải tìm cách làm chậm quá trình phân tách bằng cách hấp thụ bớt một số hạt nhân.

2. Năng lượng hạt nhân

Các nhà máy điện hạt nhân thu thập những năng lượng được giải phóng bằng cách tách các nguyên tử dưới sự kiểm soát vô cùng chặt chẽ và tỉ mỉ. Hiện nay, nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới là Nhà máy Kashiwazaki-Kariwa, Nhật Bản. Nó gồm bảy lò phản ứng hạt nhân với công suất tối đa khoảng 8.000 megawatt. Lò phản ứng hạt nhân đơn lẻ lớn nhất thế giới nằm trong Nhà máy điện hạt nhân Taishan, Trung Quốc. Mỗi lò phản ứng Taishan có công suất 1.750 megawatt.

Nhà máy điện hạt nhân.

Nguồn năng lượng này có quy mô nhỏ hơn nhiều so với các phản ứng hạt nhân không kiểm soát (ví dụ như bom nguyên tử). Thực tế, sản lượng năng lượng thu được từ việc kích nổ một quả bom nguyên tử có thể tương đương với lượng điện mà nhà máy Kashiwazaki-Kariwa tạo ra trong nửa năm.

Tuy nhiên, ngoài những lợi ích thực tiễn mà nó tạo ra thì chất thải hạt nhân là một trong những hậu quả cực kì nguy hiểm. Các nguyên tử bị tách ra thường không ổn định và phát ra lượng bức xạ cực lớn. Chất thải hạt nhân cũng cần được lưu trữ và xử lý đúng cách nếu không sẽ để lại hậu quả khôn lường.

3. Phản ứng tổng hợp hạt nhân

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại phản ứng hạt nhân khác, một loại phản ứng tạo ra năng lượng an toàn hơn và ít thải ra chất thải hạt nhân. Bằng cách kết hợp hai nguyên tử nhẹ thành một nguyên tử nặng, khối lượng bị triệt tiêu sẽ chuyển hóa thành năng lượng.

Ngược lại với quá trình phân tách, quá trình này được gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Quá trình hợp nhất này xảy ra trong lõi của mặt trời. Mỗi giây, mặt trời đốt cháy khoảng 600 triệu tấn hydro tạo thành 596 triệu tấn heli mang lại năng lượng tương đương hàng nghìn tỷ quả bom nguyên tử.

Rất khó đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân trên Trái đất.

Tuy nhiên, rất khó đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân trên Trái đất. Nó chỉ xảy ra trong điều kiện khắc nghiệt nhất như nhiệt độ và áp suất rất cao. Các nhà khoa học vẫn chưa chứng minh được hiệu quả của phản ứng tổng hợp hạt nhân trong việc tạo ra nhiều năng lượng. Tuy nhiên, những nỗ lực hiện tại cho thấy họ đang cố gắng tạo ra nó.

Trong tương lai, năng lượng từ quá trình tổng hợp hạt nhân được xem là giải pháp năng lượng đầy hứa hẹn. Nhưng đừng quên, chúng ta đang có một lò phản ứng tổng hợp hạt nhân khổng lồ ngay trên đầu, đó chính là Mặt trời. Việc cải thiện và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời sẽ giúp chúng ta không cần phải tạo ra nguồn năng lượng mới.