Công nghệ nhiệt hạch có thể giúp biến đổi đồng vị thủy ngân thành vàng-197 ổn định, mở ra khả năng khai thác vàng nhân tạo quy mô lớn với giá trị hàng trăm triệu USD mỗi năm.
Biến kim loại thường thành vàng từng là giấc mơ từ thời Trung cổ, nhưng giờ đây, các nhà nghiên cứu tại công ty Marathon Fusion (Mỹ) cho rằng điều đó hoàn toàn khả thi với sự trợ giúp của công nghệ nhiệt hạch hiện đại. Trong báo cáo công bố ngày 22/7 trên cơ sở dữ liệu khoa học arXiv, nhóm chuyên gia đề xuất một cơ chế sử dụng lò phản ứng tokamak để biến đồng vị thủy ngân thành vàng – không phải trong phòng thí nghiệm nhỏ, mà ở quy mô công nghiệp.
Tái hiện giấc mơ luyện kim thời cổ bằng công nghệ hiện đại
Phương pháp mà Marathon Fusion trình bày dựa vào việc bắn phá đồng vị thủy ngân-198 bằng neutron năng lượng cao, vốn được sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch giữa deuterium và tritium – hai đồng vị nặng của hydro. Khi neutron đập vào thủy ngân-198, chúng sẽ tạo ra thủy ngân-197 – một đồng vị không bền, có chu kỳ phân rã chỉ vài ngày để trở thành vàng-197, tức là dạng vàng tự nhiên duy nhất được tìm thấy trên Trái Đất.
Điểm đột phá của Marathon Fusion là sử dụng chính hệ thống phủ neutron – lớp vỏ bao quanh vùng plasma trong lò tokamak – để chứa thêm thủy ngân. Đây vốn là nơi các neutron được lưu trữ nhằm tái tạo nhiên liệu tritium cho chu kỳ nhiệt hạch. Khi thêm thủy ngân vào, hệ thống này vừa duy trì chức năng sản xuất nhiên liệu, vừa có thể tạo ra vàng nhân tạo một cách song song.
Một gigawatt điện – 5 tấn vàng mỗi năm
Theo ước tính của các nhà nghiên cứu, mỗi lò phản ứng nhiệt hạch với công suất 1 gigawatt (mức trung bình của một nhà máy điện hạt nhân lớn) có thể tạo ra tới 5.000 kg vàng mỗi năm – tương đương trên 550 triệu USD giá trị thị trường. Nếu triển khai thành công, quy trình này không chỉ không ảnh hưởng đến sản lượng điện hoặc khả năng tái tạo nhiên liệu mà còn mở ra một dòng doanh thu mới, có thể gấp đôi lợi nhuận của nhà máy.
Như vậy, ngoài vai trò là nguồn năng lượng sạch, công nghệ nhiệt hạch có thể trở thành công cụ chuyển hóa vật chất, mang lại lợi ích kinh tế cực kỳ lớn trong tương lai.
Khác biệt giữa nhiệt hạch và phân hạch
So với phản ứng phân hạch trong lò điện hạt nhân truyền thống – vốn sinh ra neutron ở mức năng lượng thấp và có kiểm soát khó khăn – nhiệt hạch tạo ra neutron năng lượng cao với mật độ lớn hơn nhiều. Đây chính là yếu tố khiến việc biến đổi nguyên tử thông qua neutron trở nên khả thi trong hệ thống nhiệt hạch, đặc biệt với các nguyên tố như thủy ngân.
Marathon Fusion cũng đề xuất thiết kế hệ thống phủ neutron hai lớp: lớp trong để tối ưu hóa sản xuất vàng, lớp ngoài giữ vai trò truyền thống là tái tạo tritium. Mô hình này sẽ giúp duy trì hiệu suất nhiệt hạch mà vẫn tạo ra sản phẩm phụ giá trị cao.
Cần nhiều nghiên cứu để thương mại hóa
Tuy nhiên, việc biến thủy ngân thành vàng mới chỉ dừng ở giai đoạn nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng. Để biến ý tưởng này thành thực tế thương mại, cần giải quyết nhiều vấn đề về kỹ thuật, chi phí chế tạo, hiệu quả tách chiết vàng từ lớp phủ neutron, và cả an toàn phóng xạ. Dẫu vậy, phát hiện này cho thấy tiềm năng chưa từng có của lò nhiệt hạch trong ứng dụng ngoài lĩnh vực năng lượng.
Nếu thành công, đây không chỉ là bước đột phá trong công nghệ vật liệu, mà còn là cú hích lớn cho ngành công nghiệp vàng vốn đang phụ thuộc vào khai thác tài nguyên thiên nhiên đầy rủi ro và tốn kém.