Không tên
Giấc mơ năng lượng tổng hợp hạt nhân, những kẻ lừa đảo và con vịt khập khiễng. Việc đóng chai năng lượng từ Mặt Trời sẽ luôn luôn là trong 20 năm nữa.
Bởi ****Charles Seife| Đăng ngày thứ Năm, 3 tháng 1 năm 2013, lúc 5:00 sáng giờ ET
Đọc bài viết bằng tiếng Pháp, dạng PDF
Cryostat là chiếc bình kín chân không bao quanh buồng chân không và nam châm siêu dẫn của ITER, hoạt động như một chiếc tủ lạnh khổng lồ. Nó sẽ được làm bằng thép không gỉ, độ dày từ 50 mm đến 250 mm. Cấu trúc này có thể tích 8.500 m³, với kích thước đường kính 29,4 mét và chiều cao 29 mét. Trọng lượng sẽ vượt quá 3.800 tấn, làm cho nó trở thành chiếc bình chân không bằng thép không gỉ lớn nhất từng được xây dựng.
Chỉ vài tuần trước, một nhóm các nhà nghiên cứu về tổng hợp hạt nhân đã dùng tiền của Hàn Quốc để bắt đầu thiết kế một máy móc mà chẳng ai thực sự tin rằng nó sẽ được xây dựng và có lẽ sẽ không hoạt động nếu có được xây dựng. Điều đó khiến máy móc này trở nên ngớ ngẩn hơn một chút so với máy móc của Pháp, vốn sẽ hoặc không được xây dựng, và nếu được hoàn thành, thì chắc chắn cũng chẳng làm được điều mà nó được thiết kế ban đầu. Nếu bạn đã đoán được rằng câu chuyện về năng lượng tổng hợp hạt nhân có thể hơi kỳ lạ, thì bạn đúng.
Một mặt, câu chuyện về năng lượng tổng hợp hạt nhân đầy rẫy những kẻ điên rồ, kẻ nói khoác, những người ngây thơ và ảo tưởng, những người mơ ước giải quyết các vấn đề năng lượng toàn cầu. Một trong những người nổi tiếng nhất, Martin Fleischmann, đã qua đời vào năm ngoái. Cùng với đồng nghiệp Stanley Pons, Fleischmann nghĩ rằng mình đã chuyển hóa hydro thành heli trong một cái cốc thí nghiệm của phòng lab, nhưng chưa bao giờ nghĩ rằng nếu thành công, phản ứng sẽ giải phóng đủ năng lượng để chính ông và đồng bọn bị đốt cháy bởi bức xạ phát ra. Fleischmann không phải người đầu tiên: Ronald Richter, một người Đức sống lưu vong từng vướng vào những âm mưu tại cung điện của Juan Perón, đã vượt qua Fleischmann gần bốn thập kỷ trước, và kẻ mưu mô mới, Andrea Rossi, chắc chắn sẽ không phải người cuối cùng.
Nguyên nhân dễ thấy: Trên giấy, năng lượng tổng hợp có tiềm năng gần như vô hạn. Phản ứng tổng hợp giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ bằng cách kết hợp các nguyên tử nhẹ với nhau, như hydro, để tạo thành các nguyên tử nặng hơn, như heli. (Về cơ bản, phân hạch là ngược lại: phá vỡ các nguyên tử nặng như urani để tạo thành các nguyên tử nhẹ hơn). Tổng hợp là quá trình cung cấp năng lượng cho Mặt Trời, và nó hiệu quả đến mức chúng ta có đủ nhiên liệu nguyên tử trên Trái Đất để đáp ứng mọi nhu cầu năng lượng của nền văn minh chúng ta, và gần như mãi mãi. Vấn đề là, thật sự rất khó để làm cho các nguyên tử va chạm đủ mạnh để chúng tổng hợp. Bạn phải đạt được nhiệt độ cực kỳ cao, hàng chục đến hàng trăm triệu độ C, để các nguyên tử chuyển động đủ nhanh để khởi động phản ứng. Nhưng khi bạn đốt nóng nhiên liệu, bạn phải giữ nó tập trung lại. Một đám plasma 100 triệu độ C muốn bùng nổ theo mọi hướng, nhưng nếu muốn duy trì phản ứng, bạn phải giữ nó trong một cái bình. Bạn làm cái bình bằng gì? Bình của Mặt Trời là lực hấp dẫn. Vì Mặt Trời có khối lượng cực lớn, hơn 300.000 lần khối lượng Trái Đất, nên nó có một trường hấp dẫn khổng lồ. Chính trường hấp dẫn này và các lực nén đã nén và giữ lại hydro đốt cháy, ngăn nó bay tung tóe mọi hướng. Nhưng nếu không có khối lượng tương đương Mặt Trời để tạo ra lực hấp dẫn, thì ta phải tìm cách khác.
Một cách làm việc rất hiệu quả là dùng bom nguyên tử như chiếc bình. Ngày 1 tháng 11 năm 1952, Mỹ đã dùng năng lượng tổng hợp để xóa sổ hòn đảo Elugelab trên Thái Bình Dương khỏi bề mặt Trái Đất. Thiết bị trung tâm trong thử nghiệm "Ivy Mike" về cơ bản là một bình chứa lớn lạnh chứa hydro nặng. Một đầu là một quả bom plutoni kiểu Nagasaki, khi nổ sẽ nén nhiên liệu, làm nóng nó lên hàng triệu độ và giữ nó trong bình. Trong một phần nhỏ giây, năng lượng của một ngôi sao đã được kích hoạt trên bề mặt Trái Đất. Quả bom hủy diệt Hiroshima tương đương khoảng 15 kiloton TNT. Ivy Mike có sức công phá khoảng 10 megaton, gần gấp 700 lần. Và không có giới hạn lý thuyết nào về kích thước tối đa cho các thiết bị này nếu bạn muốn. (Liên Xô đã nổ một "quái vật" 50 megaton vào những năm 1960.)
Thiết bị này hoạt động, nhưng là một giải pháp khá tệ cho nhu cầu năng lượng toàn cầu. Rất khó biến một vũ khí tổng hợp thành nguồn cung cấp điện an toàn. Điều đó không có nghĩa là chúng ta chưa từng cố gắng tận dụng bom H. Edward Teller, cha đẻ của Ivy Mike, đã cố thuyết phục thế giới rằng vũ khí tổng hợp có thể dùng cho các mục đích hòa bình: kiểm soát thời tiết, khai thác khí đá phiến, đào một cảng trong đá khối ở Alaska, thậm chí phá hủy Mặt Trăng. Đúng vậy, Edward Teller muốn phá hủy Mặt Trăng, theo lời ông, để "quan sát loại xáo trộn nào có thể xảy ra."
Giấc mơ về năng lượng tổng hợp vô hạn của Teller không chết cùng ông. Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, nơi từng là sân chơi của Teller, hiện đang là nơi đặt một máy móc khổng lồ trị giá hơn 4 tỷ USD, dự án tổng hợp nổi tiếng hơn cả với tên gọi Cơ sở Khởi động Quốc gia (National Ignition Facility - NIF). Ý tưởng là nén một viên bi hydro nhỏ bằng kích thước hạt đậu bằng một tia laser khổng lồ đến mức khiến một kẻ phá hủy Mặt Trăng phải tự hào và đỏ mặt vì xúc động. Mục tiêu được cho là tạo ra nhiều năng lượng hơn từ phản ứng tổng hợp các nguyên tử hydro so với năng lượng mà tia laser đã cung cấp. Và các nhà khoa học NIF từng dự đoán họ sẽ thành công vào năm 2010... rồi lại nói sẽ thành công vào tháng 10 năm 2012... rồi NIF đã chứng minh rằng các dự đoán thành công của các nhà khoa học Livermore hoàn toàn sai lầm. (Tác giả ghi chú: Dự án Megajoule là phiên bản Pháp tương ứng.)
Đây là điểm số hoàn hảo. Livermore đã dự đoán thành công gần kề của tổng hợp bằng laser từ cuối những năm 1970, nhưng luôn thất bại thảm hại trong việc thực hiện mọi dự báo của mình. Thực tế, các nhà phê bình (trong đó có tôi) đã lâu nay nói rằng mọi hình ảnh về NIF như một nguồn năng lượng tổng hợp là vô lý. Laser được thiết kế để nghiên cứu vũ khí hạt nhân, chứ không phải để sản xuất năng lượng. (Và thậm chí nó cũng không làm tốt công việc nghiên cứu vũ khí.) Dù vậy, các nhà khoa học Livermore vẫn tiếp tục tuyên bố rằng nghiên cứu laser siêu đắt tiền của họ sẽ tạo ra năng lượng tổng hợp theo một cách nào đó, dù phải dùng một cách mô tả giống như một thiết bị Rube Goldberg. (Với những ai đếm điểm, dự án mới nhất này cũng sẽ thất bại thảm hại nếu được tài trợ.)
Livermore không phải là đơn độc khi quảng cáo quá mức về tổng hợp hạt nhân. Ngay từ năm 1955, trước khi laser được phát minh, các nhà vật lý đã dự đoán rằng năng lượng tổng hợp sẽ có sẵn theo yêu cầu trong vòng 20 năm. Lúc đó, phương pháp duy nhất khả thi để nhốt một đám mây hydro ở nhiệt độ hàng triệu độ, mà không cần kích hoạt một quả bom nguyên tử, là dùng nam châm khổng lồ. Vào thời điểm đó, hàng loạt nhà khoa học trên toàn thế giới đã cố gắng thiết kế các máy móc có thể nhốt và làm nóng các đám mây hydro cháy bằng các trường điện từ mạnh. Điều đó không diễn ra như mong đợi, ngay cả sau hàng chục năm khởi đầu sai lầm, các bình từ vẫn quá rò rỉ. Tuy nhiên, năng lượng tổng hợp vẫn luôn chỉ cách tay một bước.
Tổng hợp từ không chỉ dành riêng cho người Mỹ, mà còn cho người Nga, Đức, Nhật Bản, Anh; mọi quốc gia quan trọng trong nghiên cứu đều có chương trình tổng hợp từ, có thể cung cấp điện cho lưới điện trong những thập kỷ tới. Ít nhất là vậy, cho đến khi hội nghị thượng đỉnh Mỹ-Nga tại Geneva năm 1985, khi Reagan và Gorbachev đồng ý rằng hai nước sẽ cùng nhau tìm kiếm năng lượng tổng hợp. Trong vài năm, mọi quốc gia quan trọng đều tham gia vào dự án khổng lồ đa tỷ USD nhằm xây dựng một chiếc bình tổng hợp từ khổng lồ, được biết đến với tên gọi ITER.
Chỉ có nỗ lực quốc tế thực sự mới có thể tạo ra thứ gì đó kỳ quặc đến mức ITER. Tuy nhiên, nếu nguồn thông tin duy nhất của bạn là chính câu chuyện về dự án ITER, bạn sẽ không bao giờ biết được mức độ xáo trộn trong nội bộ dự án. Không có đề cập đến những trận chiến kéo dài về chi phí vượt mức trong những năm 1980 và đầu những năm 1990. Không có dấu hiệu nào về việc các nhà khoa học làm việc cho các dự án quốc gia về tổng hợp — mà ngân sách của họ đã bị "nuốt chửng" bởi ITER — đã âm thầm làm sụp đổ dự án quốc tế. (Và họ đã thành công: Năm 1998, Mỹ rút khỏi dự án, khiến cả dự án phải quay lại bản vẽ ban đầu.) Không có dấu hiệu nào về việc kích thước ITER bị thu nhỏ đáng kể (trở thành ITER-Lite). Cũng không có sự công nhận rằng chiếc máy mới, rẻ hơn, sẽ không thể nào đạt được mục tiêu ban đầu của ITER là "bật lửa và cháy bền vững" — một phản ứng tổng hợp có thể duy trì vô hạn.
Sau khi Mỹ rút lui, các đối tác còn lại đã tập hợp lại, thu hẹp lại thiết kế và ngân sách tối thiểu. Mỹ sau đó quay lại, và các đội xây dựng đã bắt đầu thi công móng tại Pháp, nơi đặt reactor. Nhưng dù có những tiến triển tích cực này, dự án được hồi sinh lại đang là một thảm họa, bị kéo xuống bởi những lực lượng giống như đã khiến dự án ITER gốc sụp đổ. Ngân sách tối thiểu (từng được tuyên bố khoảng 5 tỷ USD khi Mỹ tham gia) đã tăng vọt đến mức "phóng đại" (ước tính mới nhất là 20 tỷ USD), và mỗi năm, ngày hoàn thành dự kiến lại bị dời lại. (Một cái nhìn nhanh qua Internet Wayback Machine cho thấy các mốc thời gian đang thay đổi liên tục.)
Hành trình hiện tại của sự hồi sinh ITER thật sự rất quen thuộc với bất kỳ ai từng chứng kiến dự án gốc bị đốt cháy. Trước tiên là chi phí tăng vọt và tiến độ bị trễ, rồi không thể tránh khỏi, Mỹ bắt đầu gặp khó khăn trong việc gánh vác phần ngân sách của mình. Năm 2008, các quan chức Mỹ bắt đầu nói với Quốc hội rằng, do ngân sách thắt chặt, chúng ta có lẽ sẽ không thể đáp ứng phần chi phí đã cam kết cho dự án ITER. Để cắt giảm ngân sách, Bộ Năng lượng đã siết chặt mạnh mẽ chương trình tổng hợp quốc gia của chúng ta, nhưng thật sự không có đủ tiền cho tất cả. (Như Dianne Feinstein đã hỏi Bộ trưởng Năng lượng Steven Chu vào tháng 3: "Nếu chúng ta tiếp tục tài trợ [ITER], thì 300 triệu USD [cho phần đóng góp -gần như hàng năm- của chúng ta vào ITER] sẽ đến từ đâu?" Câu trả lời của Bộ trưởng Chu: "Thưa Thượng nghị sĩ, đây là một câu hỏi rất quan trọng mà chúng tôi cũng đã tự đặt ra.") Tất nhiên, các chuyên gia tổng hợp quốc gia, ngân sách của họ bị xé toạc, đang hoảng loạn.
Xem xét trong bối cảnh này, thông báo gần đây từ Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton (PPPL) rằng họ đang hợp tác với Hàn Quốc để thiết kế một lò phản ứng tổng hợp — một thứ mà có khả năng tồn tại bằng một viên đá tuyết trong địa ngục — cho thấy sự hỗn loạn đang bao trùm cộng đồng nghiên cứu tổng hợp. Các nhà khoa học PPPL hứa hẹn sẽ xây dựng một nhà máy thử nghiệm tổng hợp công suất 1 tỷ watt vào những năm 2030 (trong 20 năm tới!), mà không cần dữ liệu từ dự án ITER. Vì lý do chính đáng của dự án ITER là góp phần thiết kế một nhà máy thử nghiệm tổng hợp, ngụ ý là dự án 20 tỷ USD này gần như vô dụng. (Không có chút cảm giác mâu thuẫn nào, ngay cả trang web ITER cũng gợi ý rằng các nhà khoa học sẽ hoàn thành thiết kế một nhà máy điện thử nghiệm vào năm 2017, hai năm trước khi ITER được kết nối, và ngay lúc đó lại nhấn mạnh mức độ thiết yếu của ITER trong tương lai của nhà máy điện tổng hợp.)
Xét theo lịch sử này, dễ hiểu tại sao những người theo đạo cuồng tín lại bị thu hút bởi các phương pháp phi truyền thống để đạt được năng lượng tổng hợp, dù là những người mơ mộng về tổng hợp lạnh hay các hệ thống tưởng tượng do các startup có tiền hơn não bộ. Những nhà khoa học truyền thống theo đuổi ước mơ này đã để lại cho chúng ta một bó hoa những lời hứa không thực hiện được và một đống thất vọng. Và nếu giờ đây họ nói thật, sau sáu thập kỷ làm việc, năng lượng sạch và gần như vô hạn từ tổng hợp vẫn luôn ở phía trước 20 năm nữa. Với tốc độ này, nó sẽ chẳng bao giờ thay đổi.