‘It’s one of the biggest results of science in the past 20-30 years’ But turning the newest breakthrough at a U.S. Energy Department lab into abundant, carbon-free power may require hundreds of billions of dollars. And many technical hurdles await.
‘Đây là một trong những kết quả lớn nhất của khoa học trong 20-30 năm qua’ Nhưng để biến đột phá mới nhất tại một phòng thí nghiệm Bộ Năng Lượng Mỹ thành nguồn năng lượng dồi dào, không-có-carbon có thể cần đến hàng trăm tỷ đô-la. Và nhiều trở ngại kỹ thuật đang chờ đợi.
https://www.politico.com/news/2022/12/12/nuclear-fusion-breakthrough-doe-00073518 By BEN LEFEBVRE and CATHERINE MOREHOUSE
12/12/2022 07:07 PM EST
Dịch và bổ sung cước chú: Phạm Văn Bân Fàn Wénbīn,范文彬- December 12, 2022
Dẫn nhập của người dịch:
Năng lượng là một trong những vấn đề lớn nhất của con người - không chỉ trong các thế kỷ vừa qua mà còn sắp đến. Hiện nay các khoa học gia Mỹ, Trung quốc và vài quốc gia khác đang nỗ lực đối phó vấn đề năng lượng qua kỹ thuật nuclear fusion/phản-ứng-kết-hợp hạch nhân.
Diễn trình kết hợp hai hay nhiều sự vật lại thành một thực thể gọi là fusion/kết-hợp; thí dụ kết hợp tư tưởng của nhân chủng học với tâm lý học/a fusion of an idea from anthropology and an idea from psychology.
Trong vật lý, diễn trình kết hợp hạch nhân, còn gọi là phản ứng nhiệt hạch, phản ứng hợp hạch, là diễn trình của từ hai hạch nhân trở lên hợp lại với nhau để tạo nên một hạch nhân mới nặng hơn. Trong diễn trình này, có sự phóng thích năng lượng hoặc hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạch nhân tham gia. Hán văn để tham khảo:
核融合 (中國大陸,香港稱為核聚變), (英語: nuclear fusion)又稱融合反應,是指將兩個較輕的 核結合而形成一個較重的核和一個極輕的核 (或粒子) 的一種核反應形式. [hé rónghé (zhōngguó dàlù, xiānggǎng chēng wèi hé jùbiàn), (yīngyǔ: nuclear fusion) yòu chēng rónghé fǎnyìng, shì zhǐ jiāng liǎng gè jiào qīng de hé jiéhé ér xíngchéng yīgè jiào zhòng de hé hé yīgè jí qīng de hé (huò lìzǐ) de yīzhǒng] hạch dung hợp (trung quốc đại lục, hương cảng xưng vi hạch tụ chủng), (anh ngữ: nuclear fusion) hựu xưng dung hợp phản ứng, thị chỉ tương lưỡng cá giảo khinh đích hạch kết hợp nhi hình thành nhất cá giảo trọng đích hạch hòa nhất cá cực khinh đích hạch (hoặc lạp tử) đích nhất chủng hạch phản ứng hình thành, nghĩa là: Hạch dung hợp (tại Trung quốc đại lục và Hương-cảng gọi là hạch tụ chủng), (tiếng Anh: nuclear fusion) còn được gọi là phản ứng dung hợp, dùng để chỉ sự kết hợp của hai hạch nhân nhẹ hơn để tạo thành một hạch nhân nặng hơn và một hạch nhân (hoặc hạch/particle) cực nhẹ là một dạng của phản ứng hạch nhân.
*
* *
Mỹ đang trên đà thông báo một bước đột phá khoa học đã lẩn tránh các nghiên cứu gia trên toàn thế giới trong nhiều thập niên - một bước đột phá có thể, trong nhiều thập niên kể từ bây giờ, biến phản-ứng-kết-hợp hạch nhân thành nguồn năng lượng thực tế, sạch, rẻ tiền mà không tạo ra chất thải phóng xạ tồn-tại-lâu-dài hoặc làm sự nóng lên toàn cầu bị tệ hại.
Các khám phá mà Tổng trưởng Năng lượng Jennifer Granholm dự kiến sẽ thông báo vào ngày Tuesday, vẫn còn để lại nhiều trở ngại cần được giải quyết trong việc biến diễn trình hạch nhân cung cấp năng lượng cho mặt trời trở thành nguồn năng lượng liên-kết-với-trái đất. Nhưng các khoa học gia đang nồng nhiệt đón nhận cột mốc lịch sử này, hoan nghênh các nghiên cứu gia cuối cùng đã tạo ra một phản-ứng-kết-hợp tạo ra nhiều năng lượng hơn mức năng lượng nhận vào.
Dale Meade, một chuyên viên về phản-ứng-kết-hợp đã nghỉ hưu, từng làm việc tại Princeton Plasma Physics Laboratory tại New Jersey, một trong những phòng thí nghiệm quốc gia của Bộ Năng lượng, nói rằng việc biến khám phá đó thành một nguồn năng lượng cho đời sống hàng ngày
Page 3 of 7
có thể sẽ mất hàng thập niên và tốn vài trăm tỷ đô-la. Nhưng ông nói một nỗ lực khổng lồ như vậy sẽ rất xứng đáng.
Meade nói: “Có lẽ thách thức lớn nhất là liệu Mỹ có tầm nhìn xa và ý muốn tiến triển hay không.”
Tờ Financial Times/Thời báo Tài chính lần đầu tiên thông báo về bước đột phá nghiên cứu vào ngày Sunday. Một người quen thuộc với những khám phá đã xác nhận với POLITICO rằng Bộ Năng lượng (Department of Energy/DOE) sẽ thông báo rằng Lawrence Livermore National Laboratory của họ đã sử dụng tia lasers để tạo ra phản-ứng-kết-hợp để sản xuất năng lượng gấp 1.2 lần so với năng lượng cần thiết để tạo ra phản ứng.
Gianluca Sarri, giáo sư tại Queen’s University Belfast, người nghiên cứu vật lý laser và plasma, nói rằng nếu các báo cáo về kết quả thí nghiệm là chính xác, thì “đó là một trong những kết quả lớn nhất của khoa học trong 20-30 năm qua.” Ông nói “Nhưng ngay cả khi đó, hy vọng về một cơ xưởng sản xuất điện từ phản-ứng-kết-hợp vẫn còn phải mất hơn một thập niên nữa.”
Phản-ứng-kết-hợp, sử dụng nhiệt độ cực cao để kết hợp hai nguyên tử và tạo ra một khối năng lượng khổng lồ như là một sản phẩm phụ, là động cơ cung cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao, cũng như vũ khí nhiệt hạch tiên tiến. Không giống như các cơ xưởng hạch nhân hiện có nhằm khai thác nhiệt từ phản ứng dây chuyền để tách các nguyên tử ra trong một diễn trình gọi là phân hạch/fission, các lò phản-ứng-kết-hợp không tạo ra một tổng hợp chất thải phóng xạ hoặc gây ra nguy cơ tan chảy. Kể từ thập niên 1950s, những người ủng hộ kỹ thuật này đã tuyên bố rằng một ngày nào đó, phản-ứng-kết-hợp sự hợp hạch có thể sản xuất ra năng lượng rẻ và về căn bản là vô giới hạn.
Nhưng việc chứng minh rằng một lò phản-ứng-kết-hợp còn là một mục tiêu thực tế thì vẫn gặp khó khăn. Tuy nhiên, cách đây hơn một năm, National Ignition Facility của Lawrence Livermore thông báo rằng cuối cùng họ đã gần đạt được bước tạo ra phản-ứng-kết-hợp để sản xuất ra một lượng năng lượng dương ròng/net-positive amount of energy.
Điều đó vẫn để lại nhiều thách thức to lớn về kỹ thuật và luật lệ, chẳng hạn như tìm cách để chuyển đổi năng lượng được phóng thích trong diễn trình phản-ứng-kết-hợp thành điện năng.
Cựu dân biểu Rush Holt (D-N.J.), một nhà vật lý từng là phụ tá giám đốc Princeton Plasma Physics Lab, nói trong một phỏng vấn rằng ông thấy tin tức về bước đột phá “thú vị về mặt kỹ thuật, nhưng tôi nghi ngờ về tính chất thực tế của nó.”
Và lịch trình thời gian không chắc chắn của phản-ứng-kết-hợp có nghĩa là không chắc sẽ có bất cứ giúp đỡ nào trong việc đáp ứng các mục tiêu hành động của chính quyền Biden trong thập niên này để ngăn chặn những tác động tồi tệ của biến đổi khí hậu. Luật khí hậu mới của Tổng thống Joe Biden hình dung ra một nỗ lực khổng lồ để chuyển phần lớn nước Mỹ sang ô-tô và xe vận tải chạy bằng điện, bành trướng các nguồn năng lượng không-có-carbon của gió và mặt trời, và nâng cấp lưới điện để mang năng lượng tái-tạo trên toàn quốc - tức là những nỗ lực cần thiết để tiếp tục làm mà bất kể điều gì xảy ra với nghiên cứu phản-ứng-kết-hợp.
Page 4 of 7
Adam Stein, giám đốc về đổi mới năng lượng hạch nhân tại trung tâm nghiên cứu khí hậu Breakthrough Institute nói: “Chúng ta cần khai triển thật nhiều loại năng lượng sạch như có thể làm được hiện nay, với kỹ thuật mà chúng ta có. Chúng ta không thể chờ đợi cho phản-ứng-kết hợp vào khung cảnh thương mại để làm điều đó. Điều đó không có nghĩa là phản-ứng-kết-hợp sau này sẽ không còn quan trọng nữa. Nhưng phản-ứng-kết-hợp vẫn cần rất nhiều giúp đỡ về mặt chính sách.”
Stein nói sự giúp đỡ đó bao gồm sự tập trung thống nhất vào nghiên cứu và phát triển phản-ứng kết-hợp từ các chính quyền tương lai.
Ngay cả các nhà phát triển năng lượng phản-ứng-kết-hợp tư nhân cũng nói rằng bước đột phá này - trong khi có ý nghĩa quan trọng - phù hợp với những gì ngành kỹ nghệ mong đợi và không nhất thiết phải đẩy nhanh lịch trình thời gian cho sự khai triển thương mại.
Mike Donaldson, phó chủ tịch của công ty phát triển phản-ứng-kết-hợp General Fusion, nói: “Chúng ta thấy điều này sắp xảy ra. Chúng ta đang từng bước đi theo hướng này. Vì vậy, tôi không nghĩ rằng điều này thực sự mất bất cứ năm nào của lịch trình thời gian.
Ngành kỹ nghệ phản-ứng-kết-hợp ước tính rằng việc khai triển các dự án phản-ứng-kết-hợp hạch nhân sẽ bắt đầu vào đầu thập niên 2030s, mặc dù ngành này không nhất thiết phải có một lịch sử bám sát lịch trình thời gian của nó. Vào năm 2012, giám đốc của National Ignition Facility dự đoán rằng kỹ thuật phản-ứng-kết-hợp sẽ khả thi về mặt thương mại trong 10 năm nữa, nghĩa là vào khoảng thời gian hiện tại.
Donaldson nhấn mạnh rằng công việc của phòng thí nghiệm là quan trọng trong việc chứng minh khoa học cốt lõi là có ý nghĩa. Tuy nhiên, ông nói các nhà phát triển sẽ cần chứng minh bước tiếp theo: “Điều thực sự phụ thuộc vào chúng ta ngay bây giờ là nhằm xây dựng dựa trên điều này để sản xuất các máy móc sản-xuất-điện thực dụng.”
Ed Lyman, giám đốc an toàn năng lượng hạch nhân tại Union of Concerned Scientists nói rằng bất cứ kết quả nào mà DOE đưa ra sẽ cần phải được lặp lại để được xem xét một cách khoa học. Các câu hỏi vẫn còn về mức độ an toàn của các lò phản-ứng-kết-hợp, chẳng hạn như tritium, một trong những nhiên liệu chính trong lò phản-ứng-kết-hợp, là chất phóng xạ và chính tự diễn trình phản
ứng-kết-hợp tạo ra khối lượng nguy hiểm về nhiệt và áp suất.
Lyman nói: “Không nên hạ thấp mọi thứ nếu họ thực sự làm điều đó, nhưng chỉ chấp nhận với thái độ nghi ngờ rất lớn. 1 Sẽ khá trễ để để đạt được diễn trình khử cacbon. Chúng ta thực sự cần làm
1 a grain of salt: với thái độ nghi ngờ: Reservations or the understanding that some rumor or piece of information may not be completely true or accurate. Possibly a reference to an ancient Roman antidote to poison that included or consisted of a grain of salt. To take something with a "grain of salt" or "pinch of salt" is an idiom that means to view something with skepticism or not to interpret something literally. Not to downplay things if they’ve actually done it, but just take it with a big grain of salt, I heard that you can get a free movie ticket if you wear red, but Kevin told me that, so I'm going to take it with a grain of salt. Read whatever that paper publishes with a
Page 5 of 7
điều đó trong một hoặc hai thập niên tới, và ngay cả những ước tính lạc quan nhất cũng sẽ không có năng lượng phản-ứng-kết-hợp cho đến thập niên 2040s.”
Sarri, giáo sư Belfast, nói rằng tin tốt là cả chính phủ và các công ty tư nhân hiện nay đang đổ tiền vào việc phát triển phản-ứng-kết-hợp thành một kỹ thuật khả thi.
Ông gọi cột mốc được DOE báo cáo là quan trọng. Sarri nói “Đúng, nó là một bằng chứng về khái niệm, nhưng đây là lần đầu tiên chúng ta chứng minh sản xuất từ phương pháp này. Từ đây đến việc có một cơ xưởng điện thực sự vẫn sẽ cần có thời gian.”
Ngay cả trước khi kỹ thuật này sẵn sàng, Quốc Hội đã thực hiện các bước để giúp cho liên bang cho phép các lò phản-ứng-kết-hợp thương mại - một quy trình pháp lý nổi tiếng là dài lê thê và chậm chạp đối với các lò phản ứng phân hạch hiện có.
Đạo luật Nuclear Energy Innovation and Modernization Act of 2019 chỉ định Nuclear Regulatory Commission tạo ra một khuôn khổ cấp-giấy-phép cho các lò phản-ứng-kết-hợp tân tiến - tức là một định nghĩa bao gồm phản-ứng-kết-hợp - vào năm 2027. Ủy ban đang trên đà hoàn thành một khuôn khổ nằm trong mốc thời gian đó, theo Stein.
Phát ngôn viên của NRC nói rằng ban tham mưu đang khai triển các chọn lựa luật lệ để các ủy viên xem xét và một cuộc bỏ phiếu dự kiến sẽ xảy ra “vào đầu năm tới”.
Matt Daily contributed to this report.
https://www.politico.com/news/2022/12/12/nuclear-fusion-breakthrough-doe-00073518
‘It’s one of the biggest results of science in the past 20-30 years’ But turning the newest breakthrough at a U.S. Energy Department lab into abundant, carbon-free power may require hundreds of billions of dollars. And many technical hurdles await.
Energy Secretary Jennifer Granholm is expected to announce the findings on Tuesday. | Drew Angerer/Getty Images
By BEN LEFEBVRE and CATHERINE MOREHOUSE
12/12/2022 07:07 PM EST
The U.S. is on the cusp of announcing a scientific breakthrough that has eluded researchers worldwide for decades — one that could, decades from now, turn nuclear fusion into a practical source of clean, inexpensive energy that doesn’t create long-lived radioactive waste or worsen global warming.
The findings, which Energy Secretary Jennifer Granholm is expected to announce Tuesday, still leave many obstacles to be resolved in turning the nuclear process that powers the sun into a source of Earth-bound energy. But scientists are embracing the historic milestone nonetheless, cheering that researchers have finally created a fusion reaction that produces more energy than it takes in.
grain of salt - it's really just a trashy tabloid. They didn't hear directly from Miss Smith that we're having a pop quiz today, so take the rumors with a grain of salt.
Page 6 of 7
Turning that discovery into a source of power for everyday life would probably take decades and cost several hundred billion dollars, said Dale Meade, a retired fusion expert who worked at the Princeton Plasma Physics Laboratory in New Jersey, one of the Energy Department’s national labs. But such a massive effort would be worthwhile, he said.
“Perhaps the greatest challenge of all is whether the U.S. has the foresight and will to move forward,” Meade said.
The Financial Times first reported the research breakthrough Sunday. A person familiar with the findings confirmed to POLITICO that DOE will announce that its Lawrence Livermore National Laboratory had used lasers to produce a fusion reaction that generated 1.2 times more energy than was needed to create it.
If reports of the experiment’s results prove accurate, “it’s one of the biggest results of science in the past 20-30 years,” said Gianluca Sarri, a professor at Queen’s University Belfast who researches laser and plasma physics. But even then, hope of a fusion-generation power plant is still more than a decade away, he said.
Fusion, which uses extreme heat to combine two atoms and produce massive amounts of energy as a byproduct, is the engine that powers the sun and the stars, as well as advanced thermonuclear weapons. Unlike existing nuclear plants, which harness heat from a chain reaction of splitting atoms in a process called fission, fusion reactors don’t generate a panoply of radioactive waste or pose a risk of meltdowns. Since the 1950s, supporters of the technology have claimed that fusion could someday produce energy that’s cheap and essentially limitless.
But showing that a fusion reactor is even a practical goal has been difficult. A little over a year ago, though, Lawrence Livermore’s National Ignition Facility announced that it was finally nearing the step of creating a fusion reaction that produces a net-positive amount of energy. That still leaves plenty of enormous technological and regulatory challenges, such as finding ways to convert the energy released in the fusion process into electricity.
Former Rep. Rush Holt (D-N.J.), a physicist who was assistant director of the Princeton Plasma Physics Lab, said in an interview that he found the news of the breakthrough “technically interesting, but I’m skeptical about its practicality.”
And fusion’s uncertain timeline means that it’s unlikely to be any help in meeting the Biden administration’s goals for taking action during this decade to stave off the worst effects of climate change. President Joe Biden’s new climate law envisions a massive effort to switch much of the U.S. to electric cars and trucks, expand sources of carbon-free wind and solar power, and upgrade the electric grid to carry renewable power across the country — efforts that would need to continue regardless of what happens with fusion research.
“We need to deploy as much clean energy as we can right now with the technology we have,” said Adam Stein, director of nuclear energy innovation at climate research center Breakthrough Institute. “We can’t wait for fusion to enter the commercial space to do that. That doesn’t mean that fusion won’t be very important later. But it still needs a lot of policy help.”
That help, Stein said, includes a consistent focus on fusion research and development from future administrations.
Even private developers of fusion energy say the breakthrough — while significant — is consistent with what the industry expected and doesn’t necessarily speed up the timeline for commercial deployment.
“We’ve seen this coming. We’ve been moving in this direction incrementally,” said Mike Donaldson, a vice president at the fusion development company General Fusion. “So I don’t think this actually takes any years off the timeline.”
Page 7 of 7
The fusion industry has estimated that deployment of nuclear fusion projects would begin in the early 2030s, although the industry does not necessarily have a history of sticking to its timelines. In 2012, the National Ignition Facility’s director predicted that fusion technology would be commercially viable in 10 years, meaning about now.
Donaldson emphasized that the lab’s work is significant in proving the core science is sound. But he said developers will need to prove the next step: “What is really up to us right now is to build on this to produce practical electricity-producing machines.”
Any results that DOE presents will need to be repeatable to be considered scientifically, said Ed Lyman, director of nuclear power safety at the Union of Concerned Scientists. Questions also remain on how safe fusion reactors would be, given that tritium, one of the main fuels in fusion reactors, is radioactive and the fusion process itself produces dangerous amounts of heat and pressure, Lyman said.
“Not to downplay things if they’ve actually done it, but just take it with a big grain of salt,” Lyman said. “It will be more than a little late for achieving decarbonization. We really need to do that in the next decade or two, and even the most optimistic estimates wouldn’t have fusion power until the 2040s.”
The good news is that both governments and private companies are now pouring money into developing fusion into a practicable technology, said Sarri, the Belfast professor. . He called the reported DOE milestone important. “It’s true that it’s a proof of concept, but it’s the first time we’ve demonstrated production from this method,” Sarri said. “From here to get an actual power plant will still take time.”
Even before the technology is ready, Congress has taken steps to allow for federal permitting of commercial fusion reactors — a regulatory process that is famously lengthy and slow for existing fission reactors.
The Nuclear Energy Innovation and Modernization Act of 2019 directs the Nuclear Regulatory Commission to create a licensing framework for advanced reactors — a definition that includes fusion — by 2027. The commission is on track to have a framework completed within that timeline, according to Stein.
A spokesperson for the NRC said staff is developing regulatory options for the commissioners to consider, and a vote is expected “early next year.”
Matt Daily contributed to this report.
