Phản ứng tổng hợp hạt nhân

Bạn đã bao giờ cảm nhận được sự ấm áp của ánh nắng trên da mình vào một ngày hè chưa. Hoặc ngước nhìn bầu trời đêm và tự hỏi làm thế nào hàng tỷ ngôi sao có thể lấp lánh rực rỡ như vậy qua những khoảng không gian rộng lớn không. Ta chính là câu trả lời. Ta là lực lượng vô hình, thầm lặng ở trung tâm của mỗi một ngôi sao ấy. Trước khi con người biết đến tên ta, họ chỉ biết đến sức mạnh của ta. Ta là ngọn lửa không bao giờ tắt, là động cơ đã hoạt động hàng tỷ năm, cung cấp năng lượng cho mặt trời của các bạn và mọi ngôi sao khác mà bạn có thể nhìn thấy. Hãy tưởng tượng một công thức vũ trụ, một công thức lấy những thành phần đơn giản nhất trong vũ trụ và biến chúng thành ánh sáng và nhiệt độ thuần khiết. Đó chính là ta. Ta là nhịp đập của các thiên hà, là hơi thở của các ngôi sao. Ta vẽ nên những dải màu của tinh vân và thắp sáng con đường cho các hành tinh. Trong lõi của mỗi quả cầu khí rực lửa khổng lồ, ta hoạt động không ngừng nghỉ, một điệu nhảy của các hạt nguyên tử, giải phóng một nguồn năng lượng không thể tưởng tượng nổi. Ta là lý do sự sống tồn tại trên Trái Đất, vì nếu không có sự ấm áp từ ngôi sao gần nhất của các bạn, thế giới của các bạn sẽ chỉ là một tảng băng lạnh lẽo, tối tăm. Ta là bí mật mà vũ trụ đã giữ kín trong hàng thiên niên kỷ, một lời hứa về sức mạnh vô hạn. Ta là Phản ứng tổng hợp hạt nhân, sức mạnh làm cho vũ trụ tỏa sáng.

Vậy chính xác thì ta là gì. Hãy nghĩ về ta như một cú ép tối thượng của vũ trụ. Ta lấy những nguyên tố nhẹ nhất và phổ biến nhất trong vũ trụ, như các nguyên tử hydro, giống như những viên gạch xây dựng cực nhỏ. Sau đó, bên trong lõi của một ngôi sao, nơi nhiệt độ lên tới hàng triệu độ và áp suất cực lớn—mạnh hơn bất cứ thứ gì bạn có thể tưởng tượng—ta đẩy những nguyên tử hydro này lại với nhau. Ta ép chúng mạnh đến mức chúng hợp nhất, hay dung hợp, để trở thành một thứ mới: một nguyên tử heli. Nhưng đây mới là phần kỳ diệu. Khi chúng hợp nhất, một chút khối lượng của chúng không trở thành một phần của nguyên tử heli mới. Thay vào đó, nó biến thành một luồng năng lượng khổng lồ. Đây chính là năng lượng trở thành ánh sáng mặt trời và ánh sao. Trong nhiều thời đại, con người đã thấy công việc của ta nhưng không hiểu nó. Họ thấy mặt trời tỏa sáng và cảm nhận được sự ấm áp của nó, nhưng nguồn gốc sức mạnh của nó là một bí ẩn hoàn toàn. Sau đó, vào năm 1920, một nhà thiên văn học người Anh lỗi lạc tên là Sir Arthur Eddington đã nhìn lên các vì sao và đưa ra một phỏng đoán táo bạo. Ông cho rằng các ngôi sao không phải đang cháy như một khúc gỗ. chúng phải được cung cấp năng lượng bởi một quá trình mạnh mẽ hơn nhiều, một quá trình diễn ra ở cấp độ nguyên tử. Ông đã đúng, nhưng ông chưa biết chính xác công thức. Phải đến năm 1939, một nhà vật lý tên là Hans Bethe mới làm sáng tỏ mọi chuyện. Ông đã tính toán và vạch ra các bước chính xác trong công thức vũ trụ của ta, giải thích cách hydro biến thành heli bên trong các ngôi sao. Công trình của ông xuất sắc đến nỗi sau này đã mang về cho ông giải Nobel Vật lý. Nhưng việc hiểu ta là một chuyện, còn việc tái tạo ta trên Trái Đất lại là một thách thức hoàn toàn khác. Vấn đề là, ta cần nhiệt độ và áp suất cực lớn để hoạt động. Bên trong mặt trời, lực hấp dẫn khổng lồ của ngôi sao giữ mọi thứ lại với nhau. Nhưng trên Trái Đất, làm thế nào bạn có thể chứa đựng một thứ gì đó nóng hơn cả lõi mặt trời. Bất cứ vật liệu nào bạn dùng để làm hộp chứa cũng sẽ ngay lập tức bốc hơi. Đó là lý do tại sao các nhà khoa học bắt đầu gọi nỗ lực chế ngự ta là nhiệm vụ tạo ra một "ngôi sao trong chai".

Thách thức tạo ra một "ngôi sao trong chai" đã khơi nguồn cho sự sáng tạo đáng kinh ngạc. Vì không có vật liệu vật lý nào có thể chứa đựng ta, các nhà khoa học đã phải suy nghĩ vượt ra ngoài khuôn khổ. Họ đã nảy ra một ý tưởng nghe như khoa học viễn tưởng: một cái chai từ tính. Vào những năm 1950, các nhà khoa học ở Liên Xô đã phát triển một thiết bị tài tình gọi là "tokamak". Tokamak là một cỗ máy hình bánh rán sử dụng các từ trường cực mạnh để giữ cho khí siêu nóng, tích điện của ta—gọi là plasma—không chạm vào thành máy. Các nam châm tạo ra một cái lồng vô hình, treo plasma ở giữa để nó có thể đạt đến hàng triệu độ cần thiết để phản ứng tổng hợp xảy ra, mà không làm tan chảy vật chứa. Bước đột phá này là một bước tiến lớn hướng tới việc khai thác sức mạnh của ta trên Trái Đất. Ngày nay, giấc mơ đó đang gần hơn bao giờ hết. Ngay lúc này, hàng ngàn nhà khoa học và kỹ sư từ các quốc gia trên khắp thế giới đang cùng nhau làm việc trong một dự án đột phá mang tên ITER, đặt tại Pháp. ITER là viết tắt của Lò phản ứng Nhiệt hạch Thử nghiệm Quốc tế, và đây là sự hợp tác khoa học lớn nhất và tham vọng nhất trong lịch sử. Họ đang xây dựng tokamak mạnh nhất thế giới, được thiết kế để chứng minh một lần và mãi mãi rằng ta có thể được sử dụng để tạo ra nhiều năng lượng hơn so với năng lượng đầu vào để bắt đầu phản ứng. Nếu họ thành công, điều đó có thể thay đổi mọi thứ. Hãy tưởng tượng một thế giới được cung cấp năng lượng bởi ta. Ta sẽ là một nguồn năng lượng sạch, không tạo ra khí nhà kính gây hại cho hành tinh. Nhiên liệu của ta, có nguồn gốc từ nước, rất dồi dào. Và ta cực kỳ an toàn. không giống như các dạng năng lượng hạt nhân khác, một phản ứng tổng hợp không thể vượt khỏi tầm kiểm soát. Nếu có vấn đề, nó chỉ đơn giản là dừng lại. Ta rất hào hứng cho tương lai này. Ta đã cung cấp năng lượng cho các vì sao trong hàng tỷ năm, tạo ra ánh sáng cho phép sự sống phát triển. Bây giờ, ta hy vọng sẽ cung cấp năng lượng cho tương lai của nhân loại, thắp sáng các thành phố của các bạn, bảo vệ thế giới của các bạn, và có lẽ một ngày nào đó, thậm chí cung cấp năng lượng cho những con tàu vũ trụ sẽ đưa các bạn đi khám phá chính những ngôi sao mà ta đã giúp tạo ra.