Công Trình‎ > ‎

Nhiệt Hạch Lạnh


"Nhất cự ly. Nhì tốc độ"




  

  

  

Ta nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch lạnh. Tức là phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở nhiệt độ phòng. Chứ ko phải 100 triệu độ C như thông thường. Năng lượng vẫn là nhiệt năng thôi. Nhưng ở trạng thái năng lượng thấp. Hai hạt nhân deuterium tích điện dương thì đẩy nhau do lực Coulomb. Nên cần phải có động năng rất lớn để thắng lực đẩy. Tức là cần nhiệt độ rất lớn. Nhưng nếu ta để một hạt mang điện tích âm ở giữa. Vì hai hạt kia hút hạt âm nên nếu hút lớn hơn đẩy thì hai hạt tự động tiến gần nhau. Vì trong trường hợp này động năng thấp nên nhiệt độ cũng thấp vì . Nhưng vấn đề ko đơn giản như thế. Khi hạt dương tới gần hạt âm thì động năng hạt dương tăng lên nên lực ly tâm tăng lên do vận tốc tăng (Ở đây hoạt động trong môi trường dung dịch nên các Ion bị hãm xuống tốc độ thấp hơn so với trong chân không). Thì sẽ đạt tới trạng thái cân bằng bền khi lực ly tâm cân bằng lực điện. Chính vì thế nguyên tử ví dụ Hydro là bền không bị phá hủy do hai hạt âm dương dính vào nhau. Nên phải bố trí hạt âm hợp lý để hai hạt dương dính nhau để phản ứng nhiệt hạch xảy ra. Vấn đề tiếp theo thuộc về công nghệ rồi. Tới đây các bạn đã hiểu chưa. Hạt D nó tự giam nó thôi. Giống như tình yêu ấy. Nó thích đâm đầu vào rọ mà. Hạt âm là nhiều electron tập trung mật độ cao. Deuteri có sẵn trong nước. Vì nó là đồng vị tự nhiên. Nước nào cũng có. Vì thế mới phải lọc. Dùng máy ly tâm giống máy thử máu lọc là OK. Nếu thế giới lọc đại trà thì sẽ rẻ hơn xăng 800 lần. Các D dính vào nhau tạo ra đồng vị Heli. Tất nhiên xác suất rất thấp. Chủ yếu biến thành khí D2. Giống mấy thằng đồng tính ấy. Của quý là của hiếm mà. Điện thành nhiệt rồi nhiệt lại thành điện trở lại. Đổ nước nặng Deuterium Oxide tinh khiết vào hiệu suất D tham gia phản ứng nhiệt hạch xảy ra sẽ đạt tối đa
Ta xét thế năng Coulomb  . Để tăng E thay vì tăng q trong máy gia tốc tĩnh điện một cách đắt đỏ, ta tăng E bằng cách dễ dàng hơn là giảm R. Nói đơn giản là thay vì dùng động năng trong từ trường thì ta dùng thế năng trong điện trường để thắng lực Coulomb

Tưởng tượng trong một toà thành chỉ toàn là con gái. Bên ngoài chỉ toàn là con trai. Con trai bên ngoài muốn vào nhưng không thể vào do đông quá. Chỉ một số D vào được kết hợp với e tạo ra D2. Còn lại do không thể vào nên kết hợp với nhau tạo ra hôn nhân đồng tính. Tức là tạo ra hạt nhân He. Cái toà thành đó chính là cực âm chứa rất nhiều e tức là Catốt
O đi về dương còn D đi về âm. O nó kết hợp O+O->O2 bay lên. Hiệu suất >100% tức là điện vào nhỏ hơn nhiệt ra do năng lượng hạt nhân cộng vào. Năng lượng ko tự sinh ra và mất đi. Vậy cái năng lượng được tạo ra này là do giải phóng trong hạt nhân
Palladium nó có ái lực hút H, D rất mạnh. Nên có vai trò xúc tác đẩy mạnh phản ứng. Dùng kim loại khác có thể được nhưng phản ứng rất yếu

Chú giải hình trên:
a) Hai hạt nhân Deuterium mang điện dương q được gia tốc lên vận tốc rất lớn v để thắng lực đẩy Coulomb f gây ra phản ứng nhiệt hạch
b) Một e được đặt giữa hai hạt D. Do khoảng cách giữa e và D nhỏ hơn khoảng cách giữa hai D nên lực hút F lớn hơn lực đẩy f làm hai hạt D tiến gần vào nhau
c) Hai hạt D quay tròn quanh e cân bằng khi lực ly tâm bằng lực hút
d) Bố trí e để hai hạt D sát vào nhau
e) Một cơ số hạt e tập trung tại trung tâm (Catốt) làm nhiều hạt D tiến gần nhau gây ra phản ứng nhiệt hạch
Ta quan tâm đến lớp điện kép Helmholtz xuất hiện khi Catốt tích điện (-) ngâm vào dung dịch tạo ra các ion (+) bám vào Catốt

Lớp kép là tụ điện phẳng tạo từ hai bản tích điện trái dấu. Khoảng cách giữa hai bản  rất bé xấp xỉ đường kính phân tử nước. Thế trong lớp kép thay đổi tuyến tính từ bản này sang bản điện tích khác
Gọi  là thế tuyến tính giữa hai lớp Helmholtz. C là điện dung lớp kép. Điện tích tổng của lớp ion (+) bao quanh Catốt trong lớp Helmholtz


Điện trở của khối dung dịch hình cầu hình bên dưới với R1 là bán kính Catốt và R2 là bán kính lưới Anốt

 


Gọi khối H là điện trở lớp Helmholtz và D2 là điện trở phần còn lại của dung dịch trong mạch nối tiếp lắp bởi nguồn hiệu điện thế là U


 

 

 


 

 

 

Ta thấy điện tích tổng Q+ của lớp ion (+) bao quanh Catốt trái dấu và xấp xỉ bằng điện tích Catốt (-) là Q- do trùng công thức tính toán
Ta xét một ion (+) tích điện q bất kỳ phân bố trên bề mặt của Catốt. Ion này bị tác dụng đẩy F do cùng dấu của tất cả các ion (+) khác tạo ra hợp lực Fx chiếu lên phương pháp tuyến Ox từ tâm Catốt chiếu lên ion (+) đang xét

Vì các ion (+) có khoảng cách tối thiểu giữa chúng để thỏa mãn phản ứng nhiệt hạch lạnh rất nhỏ d < 3.10^(-15)m. Và mật độ của chúng phân bố trên bề mặt Catốt rất lớn do R1>>d nên ta xem việc tính tổng đại số các lực gây ra bởi các ion (+) lân cận lên 1 ion (+) bất kỳ phân bố trên bề mặt Catốt giống như một bài toán tích phân. Ta xem việc phân bố điện tích ion (+) thành một dải (màu đỏ) trên Catốt là liên tục và mang giá trị qA


 

 

 


Điện tích của một dải ion (+) (màu đỏ) có góc trương 

  

 



 

Ta thấy Tổng lực đẩy F(+) từ tất cả các ion (+) lân cận tới một ion (+) tích điện q phân bố trên bề mặt Catốt luôn nhỏ hơn lực hút F(-) của chính bản thân Catốt (-) lên ion (+) đó



Do đó các ion (+) luôn có xu hướng tiến xát vào Ca tốt (-) và qua đó tiến gần vào nhau bất kể khoảng cách giữa chúng như thế nào và lực đẩy giữa chúng ra sao

Đường kính phân tử nước xấp xỉ 

Hiệu điện thế phân cực Helmholtz 

 

Năng lượng ion hóa Hydrogen Rydberg

 

Năng lượng liên kết hóa học hai nguyên tử Hydrogen


Năng lượng xuyên hầm lượng tử ở khoảng cách 200pm


Ta thấy các electron điện hóa Helmholtz bị phóng thích ở bề mặt Catốt có năng lượng rất nhỏ so với năng lượng ion hóa hay liên kết hóa học của nguyên tử Hydro nên dễ dàng bắt cặp tạo ra H2 hay D2. 
Chỉ có những electron xuyên hầm mang năng lượng rất lớn không bị bắt cặp tạo D2 mới tham gia lôi kéo và làm kết dính D+ làm phát sinh phản ứng NHL



Ta xác định hệ số truyền T cho một chùm hạt chạy qua hố thế tuyến tính


Với năng lượng
Thế năng tuyến tính âm (Xem sơ đồ) được xác định bởi:
                                

Hệ số truyền T được tìm thấy bằng cách sử dụng xác suất mật độ dòng J như sau:


Với |Jtruyen| và |Jtong| là các dòng xác suất truyền và tổng. Xác suất dòng J có thể thu được bằng cách:

 

Vì vậy đối với trường hợp của một bước đi xuống của thế (đường màu xanh lá cây trong sơ đồ). Ta có thể giải quyết ở đâu đó khác trong từng khu vực và sử dụng các điều kiện biên để giải quyết các hệ số và sự phụ thuộc vào k1 và k2. Đại diện cho các chùm tổng / phản xạ hoặc chùm truyền tương ứng. Hãy để vị trí của bước đơn là x = 0 thay vì L / 2 được hiển thị trong biểu đồ.

                                     

Với                                                  
A đại diện cho chùm tổng. B đại diện cho chùm phản xạ. C đại diện cho chùm truyền đi. Và D = 0. Áp đặt các điều kiện biên. Ta yêu cầu hàm sóng ψ và đạo hàm của nó dψ / dx liên tục tại x = 0 dẫn đến:

Các điều kiện trên cho phép ta xác định các hệ số B và C theo A như ta đã biết:

 

Nhận thấy rằng phần thời gian của Ψ (x, t) đi tới 0 trong phương trình của J. Ta sử dụng ψ (x) = Ae^(ikx) để tìm xác suất dòng của chùm tia tới Jtong

 

Do đó Jphan (Dòng phản xạ) và Jtruyen được đưa ra tương tự bằng cách:

 
 

Cuối cùng hệ số truyền T có thể được tìm thấy bởi

 

                 


Kinh nghiệm cho rằng chỉ có Từ Động (Tokamak) và Điện Thế (Máy gia tốc tụ cầu) mới có khả năng thắng thế Coulomb - còn Điện Động (Dòng điện không đổi) và Từ Thế (Nam châm đứng yên) là không thể trừ khi hai thứ kết hợp với nhau (Động cơ điện)

YouTube Video


YouTube Video




YouTube Video

YouTube Video








Độ sụt áp của cầu Điốt: 1,2 Vôn
Hiệu điện thế nguồn: 220 - 1,2 = 218,8 Vôn
Dòng điện cực đại: 13,33 Ampe
Thời gian điện phân: 1,5 Giây
Nhiệt dung riêng của nước: 4184 J/Kg.độ K
Khối lượng nước trong dung dịch: 0,4 KilôGram
Nhiệt dung riêng của K2CO3 khan: 796,38 J/Kg.độ K
Khối lượng K2CO3 khan trong dung dịch: 11,04 Gram
Nhiệt độ trước điện phân: 30,9 độ C
Nhiệt độ sau điện phân: 34,2 độ C
Nhiệt dung riêng D2O ở 30 độ C: 4207 J/Kg.độ K
Khối lượng của 0,75cc D2O: 0,83025 gram 
Năng lượng vào: Evào = 218,8 x 13,33 x 1,5 = 4374,906 Jun
Năng lượng ra: Era = (4184 x 0,4 + 796,38 x 0,01104 + 4207 x 0,00083025) x (34,2 - 30,9) = 5563,4202 Jun
Năng lượng dư: Edư = 5563,4202 - 4374,906 = 1188,5142 Jun
Hiệu suất quá trình: H = Era / Evào x 100 = 127,167 %


Cứ 0.15gram D2O tương đương 57kg Xăng. Vậy 0.75cc D2O (0.825gram) sẽ tương đương 313,5kg Xăng. Mà một lọ 0,75cc D2O giá 1 triệu 7 tương đương 313,5kg Xăng(440 lít) giá 8 triệu 8 tức là tiết kiệm hơn 5 lần. Nước nặng vẫn đắt do chưa sản xuất đại trà
Tiến hành phản ứng nhiệt hạch lạnh với 400ml dung dịch K2CO3 0,2M không có sự tham gia của dung dịch nước nặng D2O thêm vào. Đã thay cầu chì 20A để chống nổ 

YouTube Video


Độ sụt áp của cầu Điốt: 1,2 Vôn
Hiệu điện thế nguồn: 220 - 1,2 = 218,8 Vôn
Dòng điện cực đại: 10,5 Ampe
Thời gian điện phân: 17 Giây
Nhiệt dung riêng của nước: 4184 J/Kg.độ K
Khối lượng nước trong dung dịch: 0,4 KilôGram
Nhiệt dung riêng của K2CO3 khan: 796,38 J/Kg.độ K
Khối lượng K2CO3 khan trong dung dịch: 11,04 Gram
Nhiệt độ trước điện phân: 30 độ C
Nhiệt độ sau điện phân: 70 độ C
Năng lượng vào: Evào = 218,8 x 10,5 x 17 = 39055,8 Jun
Năng lượng ra: Era = (4184 x 0,4 + 796,38 x 0,01104) x (70-30) = 67295,681 Jun
Năng lượng dư: Edư = 67295,681 - 39055,8 = 28239,881 Jun
Hiệu suất quá trình: H = Era / Evào x 100 = 172,306 %

YouTube Video


Miếng kim loại Palađi nặng 2 gram nóng chảy ở nhiệt độ 1554,9°C rơi xuống mặt đáy của cốc điện phân thủy tinh bẹp thành một mặt phẳng sáng bóng

YouTube Video


Ta có thể kết luận phản ứng nhiệt hạch lạnh vẫn xảy ra trong trường hợp nồng độ D2O thấp (0,015%) và hiệu suất quá trình tăng theo thời gian kéo dài phản ứng
Trong phản ứng NHL nhiệt độ của Paladi tăng lên rất cao trong một thời gian ngắn sinh ra ánh sáng màu xanh và dẫn tới nóng chảy. Lớp nước H2O bao quanh Paladi bị bay hơi đột ngột tạo thành hơi bão hòa ngăn Paladi và nước gặp nhau. Hơi bão hòa bị đẩy bay lên mặt thoáng bởi lực Acsimét làm nước và Paladi lại gặp nhau, Paladi được làm mát và phản ứng tiếp tục sinh ra tiếng động ùng ục. Trong trường hợp phản ứng quá mạnh Paladi ko kịp làm mát sẽ bị nóng chảy rơi xuống đáy cốc. Để giải quyết vấn đề nóng chảy ta sử dụng Rơle nhiệt để điều khiển quá trình cấp điện cho Catốt Palladium. Nếu Catốt làm Rơle quá nóng, mạch sẽ ngắt. Khi Ca tốt được làm đủ mát làm lạnh Rơle, mạch đóng lại và phản ứng tiếp tục
Nói chung Paladi ko cần nóng đỏ lên làm gì, chỉ cần làm tròn vai trò điện cực thôi. Chỉ cần D phản ứng D sinh ra bức xạ Cherenkov là đủ rồi
Paladi khi bị nung nóng tới 800°C sẽ sinh ra lớp Ôxít Paladi (II) (PdO). Paladi hấp thụ Hiđrô và đồng vị của Hiđrô gấp 900 lần thể tích của nó ở nhiệt độ phòng. Do vậy khi hoạt động Paladi sẽ bị trương lên ít hoặc nhiều bởi quá trình thẩm thấu khí. Quá trình thẩm thấu khí qua bề mặt kim loại cũng chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi Áp Suất. Ta phải để tâm đến vấn đề này vì nó quyết định đến độ bền điện cực. Áp suất cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi của dung dịch trong lò nên vai trò của bộ điều áp rất quan trọng. Ta dùng Rơle ngắt điện dùng ở khoảng nhiệt độ min-max là 500-600°C là ổn
Để tách hydro và tạp chất. Nguyên tắc thanh lọc hydrogen palladium là khi hydro được tinh chế được chuyển vào bên trong ống paladi ở 300-500 ° C, hydro được hấp thụ trên thành ống paladi. Lớp điện tử palladium 4d thiếu hai electron. Nó có thể tạo ra các liên kết hóa học không ổn định với hydro (phản ứng của paladi và hydro có thể đảo ngược). Dưới tác dụng của palladium, hydro được ion hóa thành các proton với bán kính 1,5 × 10-15 m. Hằng số mạng của palladium là 3.88 × 10-10m (ở 20 ° C), vì vậy palladium có thể hoạt động như một proton kết hợp với các electron và tái tạo các phân tử hydro để thoát ra từ phía bên kia của ống palladium. Trên bề mặt ống paladi, khí không bị phân ly là không thể thấm được, do đó hydro có độ tinh khiết cao có thể thu được bằng cách sử dụng ống paladi. Mặc dù palladium có đặc tính thấm độc đáo cho hydro, palladium nguyên chất có tính chất cơ học kém, dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cao, có nhiệt độ tái kết tinh thấp và dễ dàng biến dạng và ôm lấy ống palladium. Do đó, palladium nguyên chất không thể được sử dụng như màng thẩm thấu. Thêm một lượng hợp lý các nhóm IB và Nhóm VIII vào palladium để tạo ra hợp kim palladium cải thiện các tính chất cơ học của palladium. Trong các hợp kim palladium hiện đang được sử dụng, khoảng 20-30% bạc được sử dụng, và hàm lượng của các thành phần khác (như vàng, vv) là 5%. Tốc độ hydro thấm vào hợp kim palladium liên quan đến nhiệt độ, độ dày của màng và chênh lệch áp suất (ΔP) giữa hydro nguyên tố và hydro nguyên chất ở cả hai bên của tiếp điểm thâm nhập. Tăng nhiệt độ, tăng ΔP và giảm độ dày của màng sẽ làm tăng tốc độ truyền hydro. Tuy nhiên, sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm giảm độ bền kéo của màng thấm. Do đó, nhiệt độ sử dụng của ống paladi thường được kiểm soát ở khoảng 450 ° C. Một số tạp chất có thể dẫn đến ngộ độc palladium, làm giảm tính thấm của khí và thậm chí phá hủy màng tế bào. Các chất có thể gây ngộ độc palladium bao gồm: thủy ngân, arsenides, halogenua, hơi dầu, lưu huỳnh và các chất chứa amoniac và bụi. Hợp kim palladium có thể được chế tạo thành một ống (gọi là ống paladi) hoặc màng ngăn (gọi là màng palladium)
Thí nghiệm ở Clip bên dưới cho thấy độ bền của Palladium khi nung trên ngọn lửa đèn cồn (Xấp xỉ 400°C) trong thời gian khoảng 15 phút. Ta thấy cục Palladium vẫn bền vững về hình dáng, khối lượng và kích thước

YouTube Video



Chú Ý: Phản ứng Nhiệt Hạch Lạnh có một nhược điểm chết người. Gót chân Achilles của nó là quá trình thẩm thấu khí rất dữ dội các khí tàn dư sau phản ứng như Helium hay khí D2 còn sót lại vào bên trong điện cực Catốt Palladium. Đặc biệt ở nhiệt độ cao. Điều đó làm thay đổi cấu trúc tinh thể Palladium và làm hiệu suất phản ứng NHL giảm xuống rõ rệt. Giải pháp duy nhất cho điều này là thay thế cục Palladium trong lò sau phản ứng bằng một cục mới khác. Còn cục cũ đem đi tái chế lại thành như một cục pin mới. Nhưng điều đó tốn rất nhiều kinh phí. Palladium rất đắt và hiếm. Quá trình tái chế đòi hỏi nhiệt lượng cao và dây chuyền phức tạp. Do đó dù có vĩnh cửu hay không thì Công nghệ Nhiệt Hạch Lạnh vẫn là công nghệ của NGƯỜI GIÀU. Một lần nữa lại khẳng định một chân lý "Không có gì là miễn phí cả"


Palladium Hydride tồn tại ở hai dạng pha α và pha β. Trong đó pha β bị méo mó và rỗ mạnh bởi biến dạng mạng tinh thể. Còn cấu trúc pha α thì khá bền vững. Như bảng đồ thị trên thì ở điều kiện dưới trạng thái tới hạn là nhiệt độ dưới 300°C và áp suất 20atm Palladium Hydride có thể chuyển biến từ pha α sang pha β hay cùng tồn tại ở trạng thái bão hòa α-β. Nếu hoạt động ở trạng thái trên điểm tới hạn tức lớn hơn nhiệt độ và áp suất 300°C-20atm Palladium Hydride sẽ chỉ tồn tại ở pha α bền vững. Đó chính là cách duy trì tuổi thọ của Catốt Palladium 
Để giải quyết vấn đề nóng chảy của Palladium. Ta đựng điện cực Catốt Palladium trong một cốc gốm chịu nhiệt như hình vẽ bên dưới. Khi Catốt phản ứng nóng chảy đầm xuống đáy cốc để bảo đảm vị trí và hình dạng của Catốt trong Lò. Phản ứng NHL được thực hiện trên miệng cốc



Palladium có thể thay thế bằng Carbon. Than hoạt tính cũng có thể dùng làm NHL. Tuy nhiên cấu hình C60 Fullerene của Carbon là cho phản ứng tối ưu nhất. Trong phản ứng Carbon chỉ làm xúc tác và đóng vai trò làm chậm neutron nhanh chứ không hấp thụ hay bị neutron phân hủy. Nên Carbon là xúc tác bền vững. Tuy nhiên cấu hình tinh thể C60 có thể bị phá hủy thành Carbon không định hình khi hoạt động ở năng lượng cao. Nên để C60 bền vững ta điều khiển áp suất và nhiệt độ lò phản ứng cho phù hợp. Sau khi hoạt động ở thời gian dài ta có thể tái cấu trúc lại cấu hình C60 của Carbon thông qua tái chế


Trong khi Palladium gây nhiễm độc kim loại nặng cho tế bào sinh vật. Thì Fullerene có thể gây ngộ độc khi bị hít vào trong không khí giống như nhiễm độc Amiăng. Cách thức làm giảm độc tính của các chất này đang cần một quá trình nghiên cứu. Để tránh nguy hiểm khi nghiên cứu ta cần có một dây chuyền tiếp cận cẩn thận.
Dựa trên những tính toán, có vẻ một số buckyball C60 có khả năng giữ được lượng hyđrô dày đặc như kim loại. Nó có thể chứa lượng hyđrô bằng 8% trọng lượng bản thân, tốt hơn đáng kể so với mục tiêu của liên bang Hoa Kỳ là 6%. Liên kết giữa nguyên tử carbon là một trong những liên kết hóa học chắc chắn nhất trong tự nhiên. Những liên kết này tạo ra loại kim cương cứng nhất, và nghiên cứu chỉ ra rằng cần một lượng áp suất khổng lồ để có thể làm biến dạng và phá vỡ liên kết cacbon-cacbon trong một fullerene. Phương án khả thi để chế tạo buckyball C60 có chứa hyđrogen được phát triển, chúng ta sẽ có thể chứa chúng ở dạng bột. Chúng có khả năng ở dạng phân tử pha lê yếu hoặc bột mỏng. Chúng có thể được sử dụng ở dạng nguyên bản hoặc được kích thích ở điều kiện nhất định để giải phóng hyđrô đến ống nhiên liệu hoặc các loại động cơ khác



Lọ 1 gram độ tinh khiết 99.5% C60 Carbon Fullerene trong lọ thủy tinh giá bán 3.128.000 VNĐ trên Ebay. Giá thành khá đắt không kém Palladium do chưa sản xuất đại trà





 

  



Comments