Lý giải khoa học những bí ẩn đằng sau lò phản ứng hồ quang trong bộ giáp Iron Man

Khoa học viễn tưởng luôn đem đến cho chúng ta những ý tưởng táo bạo và vô cùng thú vị, tuy nhiên những ý tưởng này phần nào cũng dựa trên những điều thực tế. Lò phản ứng hồ quang mini, nguồn năng lượng đặc biệt của bộ giáp sắt Iron Man là một trong số những ý tưởng đó. Đó là một thiết bị được hư cấu trong truyện tranh và phim ảnh, tuy nhiên chúng ta đang đề cập đến những khía cạnh khoa học thực tế xung quanh nó. Vậy một thiết bị như lò phản ứng hồ quang mini trong bộ giáp sắt Iron Man hoạt động như thế nào, và liệu trong tương lai chúng ta có thể chế tạo ra những thiết bị tương tự như thế hay không?

Trước tiên chúng ta cần biết điều gì xảy ra bên trong một lò phản ứng hồ quang khiến cho nó có thể sản sinh ra năng lượng.

Lò phản ứng hồ quang trong bộ phim có kích thước khá lớn, thiết kế với một đường ống tròn.

Về cơ bản, chúng ta có thể thấy lò phản ứng hồ quang của công ty Stark giống như một hệ thống lò phản ứng nhiệt hạch tiêu chuẩn của dự án ITER ngoài đời thực. Khác với phản ứng hạt nhân (phản ứng phân hạch), mà ứng dụng trong nhà máy điện nguyên tử. Phản ứng nhiệt hạch (phản ứng hợp hạch) là quá trình tổng hợp hai nguyên tử thành một nguyên tử mới.

Mô hình lò phản ứng nhiệt hạch của dự án ITER trong thực tế.

Trên thực tế, các nhà khoa học kết hợp hai đồng vị của hydro là deuterium và tritium, ở mức năng lượng rất cao để tạo thành nguyên tử heli và một neutron tự do. Trong khi khối lượng của heli và neutron tự do này thấp hơn deuterium và tritium ban đầu, nên phần khối lượng mất đi được chuyển thành năng lượng, cụ thể là thông qua lượng nhiệt tỏa ra.

Dựa vào lý thuyết này, cũng như mô hình lò phản ứng nhiệt hạch thực tế, chúng ta có thể lý giải vì sao lò phản ứng hồ quang của Tony có thiết kế vòng tròn (giống chiếc bánh rán). Thiết kế này nhằm giữ các nguyên tử có thể chuyển động không ngừng ở bên trong và chúng có thể đạt vận tốc cực lớn, nhằm dẫn tới việc va chạm giữa các nguyên tử và khiến phản ứng xảy ra. Để có thể giữ các hạt này di chuyển theo hình vòng cùng, các nhà khoa học cần sử dụng tới một từ trường rất mạnh. Cũng vì vậy mà lò phản ứng nhiệt hạch có rất nhiều cuộn dây nam châm quấn bên ngoài, chúng ta cũng có thể thấy điều tương tự với lò phản ứng hồ quang trong phim.

Tuy nhiên có một điều cần lưu ý là năng lượng sinh ra bởi lò phản ứng nhiệt hạch là lượng nhiệt rất lớn, nó cần một hệ thống làm mát để các thiết bị không bị nung nóng chảy. Trong khi đó lò phản ứng hồ quang của Tony không có hệ thống này, nhưng trong phim chúng ta không thấy anh chàng này bị nướng cháy. Lý do là vì lò phản ứng hồ quang chuyển trực tiếp năng lượng thành hồ quang điện, mà không phải chuyển hóa thành nhiệt.

Bản thiết kế lò phản ứng hồ quang mini.

Vậy tại sao Tony có thể làm được điều này, chúng ta hãy quay lại bản thiết kế lò phản ứng hồ quang mini trong bộ giáp Iron Man. Dựa trên thông tin hư cấu trong phim thì lò phản ứng hồ quang mini bao gồm một lõi chứa palladium, các cuộn dây điện từ cuốn xung quanh một ống tròn, nó không phải vô hạn vì vậy cần một nguồn nhiên liệu nhất định.

Trên thực tế, palladium được nghiên cứu như một chất nền cho phản ứng nhiệt hạch ‘lạnh’ mà không giải phóng các plasma siêu nóng. Palladium có hai đồng vị đặc biệt là Pd-103 và Pd-107. Trong đó, đồng vị Pd-103 tạo ra Rh-103 (rhodium) thông qua quá trình va chạm và hấp thụ electron, thành phẩm là một neutron và một photon năng lượng - một tia gamma. Còn đồng vị Pd-107 tạo ra Ag-107 (bạc) qua quá trình phân rã giải phóng electron, đây là quá trình ngược lại ở trên.

Như vậy dựa trên những kiến thức thực tế này, lò phản ứng hồ quang sử dụng cốt lõi là Pd-107, còn trong ống tròn của lò phản ứng là các Pd-103 di chuyển với tốc độ rất cao (có thể nhờ nguồn năng lượng được nạp sẵn). Sau khi quá trình Pd-107 phân rã bắt đầu, các electron được giải phóng và tiếp tục di chuyển với tốc độ cao trong ống nhờ từ trường mà các cuộn dây tạo ra (như đã nói ở trên). Khi các electron này va chạm với Pd-103, quá trình xảy ra tạo ra rhodium và các tia gamma mang năng lượng cao. Các tia gamma này tiếp tục chiếu vào lõi Pd-107 bên trong và lại tạo ra các electron tự do mới, mà nhờ vậy quá trình này diễn ra một cách liên tục không ngừng.

Nguyên lý hoạt động của lò phản ứng hồ quang. Lõi là đồng vị Pd-107, đồng vị Pd-103 di chuyển ở vòng ngoài. Các hạt năng lượng electron di chuyển ra phía ngoài, tia gamma phản xạ lại vào trong lõi. Sự chênh lệch điện thế tạo ra dòng điện.

Vậy điện được tạo ra từ đâu? Chính từ sự chênh lệch điện tích electron giữa phần lõi và vòng tròn bên ngoài đã tạo ra một điện áp rất lớn, vì trong quá trình này lõi Pd-107 luôn giải phóng các electron ra vòng ngoài. Các đồng vị Pd-107 và Pd-103 chuyển dần thành Rh-103 và Ag-107 như đã nói ở trên và phản ứng sẽ dừng lại khi palladium đã được chuyển hóa hoàn toàn. Điều này lý giải vì sao Iron Man bá đạo vẫn có thể bị hết pin.

Như vậy chúng ta đã hiểu lò phản ứng hồ quang và lò phản ứng hồ quang mini của Iron Man hoạt động như thế nào. Tuy nhiên vẫn còn một số điều thú vị xung quanh nó mà khoa học có thể giải thích, ví dụ như ánh sáng xanh dịu nhẹ phát ra từ lò phản ứng.

Trên thực tế, ánh sáng phát ra từ lò phản ứng hồ quang mini rất giống với bức xạ Cherenkov. Đây là hiện tượng đặc biệt khi một hạt năng lượng (như electron) di chuyển trong một môi trường (nước hoặc không khí) với vận tốc nhanh hơn vận tốc ánh sáng trong môi trường đó. Không giống như bức xạ ánh sáng hồ quang điện (chói và sáng), bức xạ Cherenkov màu xanh dịu mát rất giống những gì chúng ta thấy trong phim.

Đây là hình ảnh của một lò phản ứng hạt nhân tạo ra bức xạ Cherenkov trong thực tế.

Một khía cạnh khác mà khoa học có thể giải thích là sự nhiễm độc do lò phản ứng hồ quang gây ra đối với Tony. Trong phim chúng ta có thể thấy Tony bị nhiễm độc và các mạch máu ở gần lò phản ứng bị chuyển thành màu xanh.

Như đã nói ở trên, quá trình phản ứng tạo ra rhodium và bạc. Theo một nghiên cứu y học thì việc chứa quá nhiều bạc trong máu có thể khiến cơ thể bị chuyển thành màu xanh xám. Chính trị gia Stan Jones tại Montana là một trong những người bị nhiễm độc bạc do dùng quá nhiều Keo Bạc (Colloidal Silver), một loại thuốc có chứa ion bạc giúp tiêu diệt vi khuẩn và virus.

Ông Stan Jones với gương mặt xanh xám do nhiễm độc bạc.

Bên cạnh đó rhodium là một chất kim loại nặng và có độc tính cao nếu tĩch lũy trong cơ thể. Theo nghiên cứu về chất này thì nó có khả năng gây ung thư cao, gây ra những vết rạn da lớn. Cũng chính vì vậy mà Tony đã phải tìm một chất thay thế cho palladium trong bộ áo giáp mới, có thể quá trình phản ứng vẫn giống với palladium, nhưng có thể làm tăng hiệu năng và giảm sự độc hại.

Như vậy, về cơ bản chúng ta có thể tạo ra một lò phản ứng hồ quang trong tương lai, dựa trên lò phản ứng nhiệt hạch hiện tại. Mặc dù việc kiểm soát nguồn năng lượng khổng lồ mà phản ứng này sản sinh không phải điều đơn giản. Tuy nhiên khoa học kỹ thuật tương lai có thể giải quyết được vấn đề này. Còn đối với một lò phản ứng hồ quang mini chỉ vừa lòng bàn tay và một bộ giáp đầy sức mạnh như trong phim có lẽ mãi chỉ là sản phẩm của trí tưởng tượng.

Tham khảo: gizmodo,wiki 1, marvel.wikia