NASA chế tạo thành công cánh quạt siêu thanh, sẵn sàng cho sứ mệnh sao Hỏa

Loại thủy tinh sinh ra từ cát nóng chảy

Sáng 16/7/1945, tại sa mạc Jornada del Muerto, gần Alamogordo, bang New Mexico, Mỹ tiến hành vụ thử hạt nhân Trinity. Vụ nổ đã làm nóng chảy cát sa mạc cùng nhiều vật liệu nhân tạo xung quanh, để lại trên mặt đất một lớp vật chất giống thủy tinh, sau này được gọi là trinitite, theo tên của vụ thử.

Trong nhiều thập kỷ, trinitite chủ yếu được nhắc đến như một “dấu tích vật chất” của vụ nổ hạt nhân đầu tiên. Tuy nhiên, với các nhà khoáng vật học, loại đá thủy tinh này còn giống một “hộp đen” lưu giữ khoảnh khắc vật chất bị đẩy vào trạng thái cực hạn: nhiệt độ rất cao, áp suất tăng đột ngột, rồi nguội đi trong thời gian rất ngắn.

Mới đây, nhóm nghiên cứu do nhà khoáng vật học Luca Bindi, Đại học Florence, Italy, dẫn đầu đã công bố phát hiện một tinh thể clathrate chưa từng được ghi nhận trước đây trong mẫu trinitite đỏ. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Trinitite hình thành khi sức nóng từ vụ nổ làm tan chảy cát sa mạc, đất đá và một số vật liệu nhân tạo tại khu vực thử nghiệm. Khi khối vật chất nóng chảy này nguội lại, nó tạo thành những mảnh thủy tinh có màu xanh nhạt, đỏ hoặc đen.

Phần lớn trinitite có màu xanh lục nhạt. Riêng trinitite đỏ hiếm hơn, được cho là chứa nhiều thành phần kim loại từ tháp thử nghiệm, dây cáp và các thiết bị đo đạc bị phá hủy trong vụ nổ. Những giọt kim loại nhỏ bị cuốn vào cát nóng chảy, sau đó nguội lại và bị “đóng băng” bên trong cấu trúc thủy tinh.

Chính biến thể màu đỏ này đã nhiều lần khiến giới khoa học chú ý. Năm 2021, các nhà nghiên cứu từng phát hiện trong trinitite đỏ một loại giả tinh thể giàu silic. Giả tinh thể là dạng vật chất có trật tự nguyên tử đặc biệt, không lặp lại đều đặn như tinh thể thông thường.

Phát hiện đó khiến nhóm của Bindi tiếp tục đặt câu hỏi: liệu bên trong trinitite đỏ còn ẩn giấu những cấu trúc lạ khác hay không?

“Chiếc lồng” nguyên tử trong đá hạt nhân

Khi phân tích mẫu trinitite đỏ sẫm bằng các kỹ thuật như kính hiển vi điện tử, phân tích vi đầu dò electron và nhiễu xạ tia X, các nhà khoa học phát hiện một lượng nhỏ tinh thể clathrate nằm trong giọt kim loại giàu đồng.

Clathrate là dạng cấu trúc tinh thể trong đó các nguyên tử sắp xếp thành một mạng lưới giống “chiếc lồng”, nhốt các nguyên tử khác bên trong. Trong mẫu trinitite đỏ, mạng lưới này chủ yếu gồm silic, trong khi các nguyên tử canxi nằm ở trung tâm cấu trúc; đồng và sắt cũng xuất hiện với lượng nhỏ.

Theo các nhà khoa học, đây là lần đầu tiên một clathrate được xác nhận về mặt tinh thể học như sản phẩm rắn của một vụ nổ hạt nhân. Điều khiến phát hiện này đặc biệt hơn là kiểu cấu trúc như vậy rất hiếm trong các hợp chất vô cơ tự nhiên.

Nói cách khác, vụ nổ đã tạo ra trong khoảnh khắc những điều kiện mà tự nhiên gần như không có sẵn trên bề mặt Trái Đất.

Dưới nhiệt độ và áp suất cực cao, các nguyên tử bị buộc phải “xếp chỗ” theo cách bất thường. Khi vật chất nguội đi nhanh chóng, cấu trúc lạ ấy được giữ lại trong mẫu trinitite như một vết tích của quá trình cực hạn.

Theo nhóm nghiên cứu, tinh thể clathrate mới phát hiện có thành phần gồm silic, canxi, đồng và một lượng nhỏ sắt. Nó có cấu trúc lập phương kiểu I, dạng cấu trúc thường được mô tả như một khung lồng ở cấp độ nguyên tử.

Các nhà khoa học cho rằng điều kiện hình thành của tinh thể này phản ánh trạng thái rất ngắn ngủi nhưng khắc nghiệt trong vụ nổ Trinity.

Nhiệt độ có thể vượt quá 1.500 độ C, trong khi áp suất tăng vọt trong thời gian ngắn. Chính sự kết hợp giữa nhiệt, áp suất, kim loại từ thiết bị thử nghiệm và cát sa mạc nóng chảy đã tạo ra môi trường hóa học đặc biệt.

Tin Gốc: Dân Trí

Nhu cầu năng lượng toàn cầu đang tăng nhanh khi ngày càng nhiều thiết bị, phương tiện và hệ thống được kết nối vào lưới điện. Điều này đặt ra thách thức lớn đối với việc mở rộng các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, nhất là khi so sánh với công suất rất lớn của các lò phản ứng hạt nhân hiện đại.

Trong khi xây dựng nhà máy điện hạt nhân đòi hỏi khoản đầu tư cơ sở hạ tầng rất lớn, việc phát triển các trang trại điện mặt trời quy mô tương đương cũng không hề rẻ. Chi phí không chỉ nằm ở việc lắp đặt hàng triệu tấm pin mà còn bao gồm hệ thống lưu trữ điện, truyền tải và kết nối với lưới điện.

Điều đó cho thấy việc thay thế hoàn toàn điện hạt nhân bằng điện mặt trời vẫn là thách thức lớn ở thời điểm hiện nay.

Tuy vậy, nhiều quốc gia đang triển khai các giải pháp nhằm mở rộng quy mô điện mặt trời, từ quy hoạch quỹ đất chuyên dụng đến tận dụng mái nhà và các bãi đỗ xe.

Cần hơn 8,5 triệu tấm pin mặt trời để tương đương một lò phản ứng hạt nhân

Công suất là chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng sản xuất điện của một nguồn năng lượng. Đây cũng là cơ sở xác định lượng điện mà hệ thống có thể cung cấp cho lưới điện trước khi quá tải.

Một trong những ưu điểm nổi bật của điện hạt nhân là công suất rất lớn. Trung bình, một lò phản ứng hạt nhân có công suất khoảng 900MW, trong khi những tổ máy lớn hơn có thể đạt tới 1.600MW.

Trong khi đó, một tấm pin mặt trời thông thường chỉ tạo ra khoảng 400-460W trong điều kiện nắng tối ưu. Nếu giả định công suất này được duy trì liên tục, cần khoảng 4 triệu tấm pin để đạt mức công suất tương đương một lò phản ứng hạt nhân 900MW.

Tuy nhiên, thực tế còn phụ thuộc vào hệ số công suất - tỷ lệ giữa sản lượng điện thực tế và công suất tối đa theo thiết kế. Điện hạt nhân có hệ số công suất trung bình khoảng 93%, nghĩa là sản lượng gần như ổn định quanh năm. Ngược lại, điện mặt trời chỉ đạt khoảng 24% do phụ thuộc vào thời tiết, thời gian trong ngày và mùa trong năm.

Với hệ số công suất này, sản lượng thực tế của một tấm pin 400W chỉ còn khoảng 96W. Do đó, để tạo ra mức công suất tương đương khoảng 837MW, tương ứng 93% công suất của một lò phản ứng 900MW thì cần tới khoảng 8,7 triệu tấm pin mặt trời.

Con số này vẫn dựa trên giả định điều kiện bức xạ mặt trời thuận lợi. Trên thực tế, việc duy trì cường độ ánh sáng tối ưu trên diện tích lắp đặt khổng lồ như vậy là điều rất khó đạt được. Đây cũng là một trong những nguyên nhân khiến các dự án điện mặt trời cần thời gian dài để hoàn vốn.

Thách thức lớn nhất là diện tích lắp đặt

Không gian là rào cản lớn đối với việc phát triển điện mặt trời ở quy mô rất lớn.

Dù không hề nhỏ, ngay cả nhà máy điện hạt nhân lớn nhất tại Mỹ cũng chỉ chiếm diện tích khoảng 2,6km². Trong khi đó, một nhà máy điện mặt trời có công suất tương đương sẽ cần hơn 36km² đất.

Không nhiều nơi trên thế giới sở hữu những vùng đất bằng phẳng, có cường độ bức xạ cao và đủ rộng để triển khai các dự án điện mặt trời quy mô như vậy. Ngay cả khi có điều kiện tự nhiên phù hợp, việc bố trí quỹ đất cũng là một thách thức không nhỏ.

Để khắc phục hạn chế này, nhiều quốc gia đang tìm cách tận dụng các không gian sẵn có. Chẳng hạn, Pháp đã ban hành luật yêu cầu các bãi đỗ xe có diện tích trên 1.500m² phải được che phủ tối thiểu 50% bằng hệ thống pin mặt trời.

Giải pháp này không chỉ giúp tăng sản lượng điện tái tạo mà còn góp phần giảm hiệu ứng đảo nhiệt tại các bãi đỗ xe. Dù cần rất nhiều công trình như vậy để đạt công suất tương đương một lò phản ứng hạt nhân, đây vẫn được xem là hướng đi khả thi mà nhiều quốc gia phát triển có thể áp dụng.

Tin Gốc: Dân Trí

Những ngày gần đây, châu Âu đang trải qua một trong những đợt nắng nóng nghiêm trọng nhất từng được ghi nhận.

Nhiều quốc gia như Pháp, Đức, Tây Ban Nha, Ý và Hungary ghi nhận nền nhiệt vượt 40 độ C, kéo theo cháy rừng, gây áp lực lên hệ thống điện và làm gia tăng số ca tử vong liên quan đến nắng nóng.

Đáng chú ý, theo phân tích của tạp chí Le Grand Continent, trong ngày 24/6, nhiệt độ trung bình tại Pháp cao hơn mức nhiệt ghi nhận trên khoảng 30,8% diện tích sa mạc Sahara.

So sánh này gây bất ngờ bởi sa mạc Sahara từ lâu được biết đến là sa mạc nóng lớn nhất thế giới.

Hiểu đúng về nhiệt độ của sa mạc Sahara

Nhiều người hình dung Sahara là vùng đất luôn có nhiệt độ trên 45-50 độ C. Thực tế, sa mạc lớn nhất thế giới có diện tích hơn 9 triệu km2, trải dài qua nhiều quốc gia Bắc Phi với địa hình và điều kiện khí tượng rất đa dạng.

Nhiệt độ tại Sahara thay đổi đáng kể theo vị trí, độ cao, thời điểm trong ngày, độ che phủ mây và hoàn lưu khí quyển. Trong khi một số khu vực có thể vượt 45 độ C vào buổi chiều, nhiều nơi khác chỉ dao động quanh 25-35 độ C.

Vì vậy, nếu một đợt nắng nóng cực đoan khiến phần lớn lãnh thổ Pháp đồng loạt vượt 40 độ C, việc nhiệt độ trung bình của nước này cao hơn một phần diện tích Sahara trong cùng thời điểm không phải là điều bất khả thi.

Theo dữ liệu của Cơ quan Khí tượng Pháp, chỉ số nhiệt quốc gia ngày 24/6 đạt khoảng 30°C - mức cao nhất kể từ khi hệ thống quan trắc hiện đại được thiết lập năm 1947.

"Thủ phạm" đứng sau đợt nắng nóng lịch sử

Theo AP News, nguyên nhân chính khiến nhiều quốc gia châu Âu trải qua đợt nắng nóng kỷ lục là hiện tượng heat dome (vòm nhiệt).

Đây là một vùng áp suất cao mạnh hoạt động như một "chiếc nắp" khổng lồ bao phủ bầu khí quyển, giữ không khí nóng ở gần mặt đất trong nhiều ngày.

Dưới tác động của hệ thống này, khối không khí bị nén xuống các tầng thấp của khí quyển, làm nhiệt độ tăng lên theo quy luật vật lý.

Đồng thời, vùng áp cao hạn chế sự hình thành mây và làm suy yếu quá trình đối lưu, khiến nhiệt lượng khó được giải tỏa. Vì vậy, nhiệt độ tiếp tục tích tụ và duy trì ở mức cao trong thời gian dài.

Đợt nắng nóng còn được khuếch đại bởi dòng không khí nóng từ Bắc Phi di chuyển lên Tây Âu. Khi kết hợp với vòm nhiệt, khối khí nóng bị giữ lại lâu hơn bình thường, khiến nhiệt độ tại nhiều nơi tăng lên mức kỷ lục.

Theo các chuyên gia khí hậu, điều đáng lo ngại không nằm ở việc Pháp có lúc nóng hơn một phần Sahara, mà ở xu hướng những hiện tượng cực đoan như vậy đang xuất hiện ngày càng thường xuyên.

Thay vì chỉ hỏi vì sao một quốc gia ôn đới có lúc nóng hơn sa mạc nổi tiếng nhất thế giới, câu hỏi lớn hơn mà giới khoa học đặt ra là: những kỷ lục như vậy sẽ còn xuất hiện với tần suất bao nhiêu lần trong vài thập kỷ tới nếu nhiệt độ toàn cầu tiếp tục tăng?

Tin Gốc: Dân Trí