Nearly everyone in the world is part of some community, whether large or small. And all of these communities have similar needs. They need light, they need heat they need air-conditioning. People can't function very well when it's too hot or too cold. They need food to be grown or provided, distributed and stored safely. They need waste products to be collected, removed and processed. People in the community need to be able to get from one place to another as quickly as possible. And a supply of energy is the basis for all of these activities. Energy in the form of electricity provides light and air-conditioning. Energy in the form of heat keeps us warm. And energy in chemical form provides fertilizer; it drives farm machinery and transportation energy.
Hầu như mọi người trên thế giới đều là một phần của cộng đồng nào đó, dù to hay nhỏ. Và tất cả cộng đồng này đều có những nhu cầu giống nhau. Họ cần ánh sáng, họ cần nhiệt họ cần điều hòa. Con người không thể hoạt động tốt khi quá nóng hoặc quá lạnh. Họ cần thực phẩm được trồng, hoặc cung cấp phân phối và dự trữ an toàn. Họ cần các chất thải được thu gom, loại bỏ và xử lý. Mọi người trong cộng đồng cần có khả năng đi từ nơi này đến nơi khác nhanh nhất có thể. Và nguồn cung cấp năng lượng là cơ sở cho mọi hoạt động này. Năng lượng dưới dạng điện năng cung cấp ánh sáng và điều hòa không khí. Năng lượng dưới dạng nhiệt giữ ấm cho chúng ta. Và năng lượng ở dạng hóa học cung cấp phân bón; nó thúc đẩy máy móc nông trại và chuyển hóa năng lượng.
Now, I spent 10 years working at NASA. In the beginning of my time there in 2000, I was very interested in communities. But this is the kind of community I was thinking of -- a lunar community It had all of the same needs as a community on Earth would have, but it had some very unique constraints. And we had to think about how we would provide energy for this very unique community. There’s no coal on the Moon. There's no petroleum. There’s no natural gas. There's no atmosphere. There’s no wind, either. And solar power had a real problem: the Moon orbits the Earth once a month. For two weeks, the sun goes down, and your solar panels don't make any energy. If you want to try to store enough energy in batteries for two weeks, it just simply isn't practical. So nuclear energy was really the only choice.
Hiện tại, tôi đã có 10 năm làm việc tại NASA. Khi tôi mới bắt đầu làm việc ở đó vào năm 2000, tôi rất quan tâm đến các cộng đồng. Nhưng kiểu cộng đồng mà tôi hay nghĩ đến-- là cộng đồng trên mặt trăng. Nó có tất cả nhu cầu mà 1 cộng đồng trên trái đất cần nhưng nó cũng có một số hạn chế rất độc đáo. Và chúng ta phải nghĩ cách cung cấp năng lượng cho cộng đồng độc đáo này. Không có than đá trên mặt trăng. Không có dầu mỏ. Không có khí đốt tự nhiên. Không có không khí. Không có cả gió. Và năng lượng mặt trời có một vấn đề: mặt trăng quay quanh trái đắt mỗi tháng một lần. Trong hai tuần, mặt trời lặn, và các tấm pin mặt trời không tạo được năng lượng. Hoàn toàn không thực tế khi thử trữ năng lương cho 2 tuần Vì vậy năng lượng hạt nhân là giải pháp duy nhất. Vào năm 2000, tôi không thực sự biết nhiều về năng lượng hạt nhân,
Now, back in 2000, I didn't really know too much about nuclear power, so I started trying to learn. Almost all of the nuclear power we use on Earth today uses water as a basic coolant. This has some advantages, but it has a lot of disadvantages. If you want to generate electricity, you have to get the water a lot hotter than you normally can. At normal pressures, water will boil at 100 degrees Celsius. This isn't nearly hot enough to generate electricity effectively. So water-cooled reactors have to run at much higher pressures than atmospheric pressure. Some water-cooled reactors run at over 70 atmospheres of pressure, and others have to run at as much as 150 atmospheres of pressure. There's no getting around this; it's simply what you have to do if you want to generate electricity using a water-cooled reactor. This means you have to build a water-cooled reactor as a pressure vessel, with steel walls over 20 centimeters thick. If that sounds heavy, that's because it is.
vì vậy tôi đã thử học. Hầu như mọi năng lượng hạt nhân sử dụng trên trái đất dùng nước để làm lạnh. Điều này có một vài lợi thế, nhưng nó có rất nhiều bất lợi. Nếu bạn muốn tạo ra điện, bạn phải lấy nước nóng hơn bình thường rất nhiều. Ở áp suất khí quyển, nước sôi ở 100 độ C. Nó không đủ nóng để tạo ra điện một cách hiệu quả. Vì vậy các lò phản ứng làm mát bằng nước phải chạy ở áp suất cao hơn nhiều so với áp suất không khí. Một vài lò phản ứng làm mát bằng nước chạy ở áp suất trên 70 atm, và một vài cái khác phải chạy ở áp suất lên tới 150 atm. Đây là chuyện không thể tránh khỏi, đây là chuyện buộc phải làm nếu muốn tạo ra điện sử dụng các lò phản ứng làm mát bằng nước. Đó có nghĩa là các lò phản ứng làm mát bằng nước cần được xây dựng như một nồi áp suất, với các bức tường thép dày trên 20 cm. Nó thực sự rất nặng nề. Mọi chuyên sẽ trở nên tồi tệ hơn nếu tai nạn xảy ra
Things get a lot worse if you have an accident where you lose pressure inside the reactor. If you have liquid water at 300 degrees Celsius and suddenly you depressurize it, it doesn't stay liquid for very long; it flashes into steam. So water-cooled reactors are built inside of big, thick concrete buildings called containment buildings, which are meant to hold all of the steam that would come out of the reactor if you had an accident where you lost pressure. Steam takes up about 1,000 times more volume than liquid water, so the containment building ends up being very large, relative to the size of the reactor.
khi bên trong lò phản ứng bị mất áp suất Nếu ta có nước lỏng ở 300 độ C và đột nhiên giảm áp suất, nước không tồn tại ở thể lỏng quá lâu; nó bốc cháy thành hơi nước. Vì vậy lò phản ứng làm mát bằng nước được xây dựng bên trong các tòa nhà bê tông dày, lớn gọi là nhà chứa; nhằm giữ tất cả các hơi nước thoát ra từ lò phản ứng khi mà tai nạn làm mất áp suất xảy ra. Hơi nước chiếm thể tích hơn gấp khoảng 1000 lần so với nước lỏng, vì vậy nhà chứa có kích thước rất lớn so với kích thước của lò phản ứng. Một điều tồi tệ khác xảy ra khi mất áp suất
Another bad thing happens if you lose pressure and your water flashes to steam. If you don't get emergency coolant to the fuel in the reactor, it can overheat and melt. The reactors we have today use uranium oxide as a fuel. It's a ceramic material similar in performance to the ceramics we use to make coffee cups or cookware or the bricks we use to line fireplaces. They're chemically stable, but they're not very good at transferring heat. If you lose pressure, you lose your water, and soon your fuel will melt down and release the radioactive fission products within it.
và nước chuyển thành hơi nước. Nếu không có chất làm mát khẩn cấp cho nhiên liệu trong lò phản ứng, nó có thể quá nóng và nỏng chảy. Lò phản ứng chúng ta có hiện nay dùng oxit urani làm nhiên liệu. Đó là vật liệu gốm sứ có hiệu suất tương tự như gốm sứ chúng ta dùng để làm cốc cà phê hay dụng cụ nấu ăn hay là gạch lát lò sưởi. Chúng bền về mặt hóa học, nhưng chúng truyền nhiệt không tốt. Khi mất áp suất, ta mất nước, và nhiên liệu sẽ nhanh chóng nóng chảy và giải phóng các sản phẩm phóng xạ phân hạch bên trong. Chế tạo nhiên liệu hạt nhân rắn là một quá trình phức tạp và tốn kém.
Making solid nuclear fuel is a complicated and expensive process. And we extract less than one percent of the energy for the nuclear fuel before it can no longer remain in the reactor. Water-cooled reactors have another additional challenge: they need to be near large bodies of water, where the steam they generate can be cooled and condensed. Otherwise, they can't generate electrical power. Now, there's no lakes or rivers on the Moon, so if all of this makes it sound like water-cooled reactors aren't such a good fit for a lunar community, I would tend to agree with you.
Và ít hơn một phần trăm năng lượng được trích xuất cho nhiên liệu hạt nhân trước khi nó không tồn tại trong lò phản ứng nữa. Lò phản ứng làm mát bằng nước có một thách thức khác: chúng cần ở gần những khối nước lớn, nơi hơi nước do chúng tạo ra được làm mát và ngưng tụ lại. Nếu không, chúng không thể tạo ra điện năng. Không có sông hay hồ trên mặt trăng, vì vậy có vẻ là lò phản ứng làm mát bằng nước không phải là một lựa chọn phù hợp cho tập thể trên mặt trăng, tôi hoàn toàn đồng ý với điều này.
(Laughter)
Tôi có may mắn được tìm hiểu về một dạng năng lượng hạt nhân khác,
I had the good fortune to learn about a different form of nuclear power that doesn't have all these problems, for a very simple reason: it's not based on water-cooling, and it doesn't use solid fuel. Surprisingly, it's based on salt.
mà không có tất cả những vấn đề trên, vì một lý do rất đơn giản: nó không dùng hệ thống làm lạnh bằng nước và nó không dùng nhiên liệu rắn. Thật đáng ngạc nhiên, nó dựa trên muối. Một ngày nọ, tôi đang ở trong văn phòng một người bạn,
One day, I was at a friend's office at work, and I noticed this book on the shelf, "Fluid Fuel Reactors." I was interested and asked him if I could borrow it. Inside that book, I learned about research in the United States back in the 1950s, into a kind of reactor that wasn't based on solid fuel or on water-cooling. It didn't have the problems of the water-cooled reactor, and the reason why was pretty neat. It used a mixture of fluoride salts as a nuclear fuel, specifically, the fluorides of lithium, beryllium, uranium and thorium. Fluoride salts are remarkably chemically stable. They do not react with air and water. You have to heat them up to about 400 degrees Celsius to get them to melt. But that's actually perfect for trying to generate power in a nuclear reactor.
và tôi để ý một quyển sách trên giá “Lò phản ứng nhiên liệu lỏng” Tôi thích nó và hỏi rằng liệu tôi có thể mượn không. Trong quyển sách này, tôi đã tìm hiểu về nghiên cứu ở Hoa Kỳ vào những năm 1950, về một loại lò phản ứng không dùng nhiên liệu rắn, hay là hệ thống làm mát bằng nước. Nó không có những vấn đề của lò phản ứng làm mát bằng nước, là đó là lý do tại sao nó khá gọn. Nó dùng hỗn hợp muối florua làm nhiên liệu hạt nhân, đặc biệt là, muối florua của lithi, beri, urani và thori. Muối florua rất bền về mặt hóa học. Nó không phản ứng với không khí và nước. Cần đun nóng đến khoảng 400 độ C chúng mới nóng chảy. Nhưng, điều này thực sự hoàn hảo để tạo ra năng lượng trong lò phản ứng hạt nhân. Đây điều thực sự kỳ diệu:
Here's the real magic: they don't have to operate at high pressure. And that makes the biggest difference of all. This means they don't have to be in heavy, thick steel pressure vessels, they don't have to use water for coolant and there's nothing in the reactor that's going to make a big change in density, like water. So the containment building around the reactor can be much smaller and close-fitting. Unlike the solid fuels that can melt down if you stop cooling them, these liquid fluoride fuels are already melted, at a much, much lower temperature. In normal operation, you have a little plug here at the bottom of the reactor vessel. This plug is made out of a piece of frozen salt that you've kept frozen by blowing cool gas over the outside of the pipe. If there's an emergency and you lose all the power to your nuclear power plant, the little blower stops blowing, the frozen plug of salt melts, and the liquid fluoride fuel inside the reactor drains out of the vessel, through the line and into another vessel called a drain tank. Inside the drain tank, it's all configured to maximize the transfer of heat, so as to keep the salt passively cooled as its heat load drops over time. In water-cooled reactors, you generally have to provide power to the plant to keep the water circulating and to prevent a meltdown, as we saw in Japan. But in this reactor, if you lose the power to the reactor, it shuts itself down all by itself, without human intervention, and puts itself in a safe and controlled configuration.
chúng không phải vận hành ở áp suất cao. Và điều này tạo nên sự khác biệt lớn nhất. Điều này có nghĩa là chúng không cần ở trong các bình áp suất bằng thép dày, nặng chúng không cần dùng nước để làm mát và không có gì trong lò phản ứng có thể tạo ra một sự thay đổi lớn về mật độ, như nước. Vì vậy nhà chứa xung quanh lò phản ứng có thể nhỏ hơn nhiều và vừa khít. Không như nhiên liệu rắn có thể nóng chảy khi không được làm mát, nhiên liệu florua lỏng này đã nóng chảy rồi, ở nhiệt độ thấp hơn rất rất nhiều. Khi vận hành bình thường, có một cái chốt nhỏ ở đây phía bên dưới của lò phản ứng. Cái chốt này được làm bằng một tảng muối đông lạnh mà sẽ được giữ đông bằng cách thổi khí mát ở bên ngoài đường ống. Trong trường hợp khẩn cấp, và mọi nguồn điện cung cấp cho nhà máy điện hạt nhân bị cắt, cái quạt gió nhỏ ngừng thổi cái chốt bằng muối đông lạnh nóng chảy, và nhiên liệu florua dạng lỏng bên trong lò phản ứng thoát ra ngoài, thông qua một ống dẫn chảy vào một bình khác gọi là bể chứa nước thải. Bên trong bể chứa nước thải, việc truyền nhiệt được tối ưu hóa, để giữ cho muối được làm lạnh một cách thụ động khi mà hệ số tải nhiệt của nó giảm dần theo thời gian. Trong lò phản ứng làm lạnh bằng nước, nhà máy phải được cung cấp điện thường xuyên để giữ cho nước được lưu thông và ngăn chặn chuyện nóng chảy, như ta đã thấy ở Nhật Bản. Nhưng trong lò phản ứng này, khi ngắt điện cung cấp cho lò phản ứng, nó tự ngắt, không cần sự can thiệp của con người và tự đặt mình trong một chương trình an toàn và được kiểm soát. Bây giờ, nghe có vẻ khá tốt,
Now, this was sounding pretty good to me, and I was excited about the potential of using a liquid fluoride reactor to power a lunar community. But then I learned about thorium, and the story got even better. Thorium is a naturally occurring nuclear fuel that is four times more common in the Earth's crust than uranium. It can be used in liquid fluoride thorium reactors to produce electrical energy, heat and other valuable products. It's so energy-dense that you could hold a lifetime supply of thorium energy in the palm of your hand. Thorium is also common on the Moon and easy to find. Here's an actual map of where the lunar thorium is located. Thorium has an electromagnetic signature that makes it easy to find, even from a spacecraft.
và tôi rất là thích thú về tiềm năng sử dụng lò phản ứng florua lỏng để sản xuất điện trên mặt trăng. Nhưng rồi tôi tìm hiểu về thori, và mọi chuyện còn trở nên tốt hơn. Thori là nhiên liệu hạt nhân tự nhiên phổ biến hơn bốn lần trong vỏ trái đất so với urani. Nó có thể được dùng trong lò phản ứng thori florua lỏng để tạo ra điện năng, nhiệt và những sản phẩm có giá trị khác. Nó dày đặc năng lượng đến mức bạn có thể nắm nguồn cung năng lượng thori trọn đời trong lòng bàn tay. Thori cũng phổ biến ở trên mặt trăng và dễ tìm thấy. Đây là bản đồ thực tế về vị trí của thori trên mặt trăng. Thori có tính điện từ trường đặc trưng vì vậy có thể dễ dàng tìm ra chúng kể cả từ tàu vũ trụ. Với năng lượng được tạo ra từ lò phản ứng thori florua lỏng,
With the energy generated from a liquid fluoride thorium reactor, we could recycle all of the air, water and waste products within the lunar community. In fact, doing so would be an absolute requirement for success. We could grow the crops needed to feed the members of the community even during the two-week lunar night, using light and power from the reactor. It seemed like the liquid fluoride thorium reactor, or LFTR, could be the power source that could make a self-sustainable lunar colony a reality.
chúng ta có thể tái chế tất cả không khí, nước và chất thải trong cộng đồng mặt trăng. Thực tế, làm như vậy là yêu cầu tuyệt đối để thành công. Chúng ta có thể trồng đủ lương thực để nuôi sống mọi thành viên của cộng đồng ngay cả trong hai tuần mặt trăng tối, sử dụng ánh sáng và năng lượng từ lò phản ứng. Có vẻ như lò phàn ứng thori florua lỏng, hay LFTR có thể trở thành nguồn năng lượng giúp việc biến hệ sinh thái tự bền vững trên mặt trăng hiện thực. Nhưng, tôi có một câu hỏi đơn giản:
But I had a simple question: If it was such a great thing for a community on the Moon, why not a community on the Earth, a community of the future, self-sustaining and energy-independent? The same energy generation and recycling techniques that could have a powerful impact on surviving on the Moon could also have a powerful impact on surviving on the Earth. Right now, we're burning fossil fuels because they're easy to find and because we can. Unfortunately, they're making some parts of our planet look like the Moon. Using fossil fuels entangles us in conflict in unstable regions of the world and costs money and lives.
nếu nó đã là một chuyện tuyệt vời cho hệ sinh thái trên mặt trăng, tại sao không phải một cộng đồng trên trái đất, trong tương lai trở nên tự bền vững, không phụ thuộc vào năng lượng? Các kỹ thuật tái chế và tái tạo năng lượng có tác động mạnh mẽ đến sinh tồn trên mặt trăng, có thể cũng có tác động mạnh mẽ đến sự sinh tồn trên trái đất. Hiện nay, chúng ta đang dùng năng lượng hóa thạch bởi vì chúng dễ tìm thấy và bởi vì chúng ta còn có thể. Thật không may, chúng làm cho vài nơi trên trái đất trông giống như mặt trăng. Sử dụng năng lượng hóa thạch khiến chúng ta vướng vào xung đột ở các khu vực bất ổn trên thế giới và gây tốn kém tiền bạc và sinh mạng.
Things could be very different if we were using thorium. You see, in a LFTR, we could use thorium about 200 times more efficiently than we're using uranium now. And because the LFTR is capable of almost completely releasing the energy in thorium, this reduces the waste generated over uranium by factors of hundreds, and by factors of millions over fossil fuels. We're still going to need liquid fuels for vehicles and machinery, but we could generate these liquid fuels from the carbon dioxide in the atmosphere and from water, much like nature does. We could generate hydrogen by splitting water and combining it with carbon harvested from CO2 in the atmosphere, making fuels like methanol, ammonia, and dimethyl ether, which could be a direct replacement for diesel fuels. Imagine carbon-neutral gasoline and diesel, sustainable and self-produced.
Mọi chuyện có thể sẽ khác rất nhiều nếu chúng ta dùng thori. Như đã thấy, trong LFTR, thori được dùng hiệu quả gấp 200 lần so với urani. Và bởi vì LFTR có khả năng giải phóng gần như hoàn toàn năng lượng trong thori nó làm lượng chất thải kém hàng trăm lần so với urani, và kém hàng triệu lần so với năng lượng hóa thạch. Chúng ta vẫn cần nhiên liệu lỏng cho động cơ và máy móc, nhưng chúng ta có thể tạo ra nhiên liệu lỏng từ CO2 từ không khí và từ nước, như tự nhiên làm. Chúng ta có thể tạo ra hydro bằng cách tách nước và kết hợp nó với carbon thu được từ CO2 trong không khí, để tạo ra nhiên liệu như methanol, ammonia và dimethyl ether, những loại mà có thể thay thế trực tiếp cho nhiên liệu diesel. Hãy tưởng tượng xăng và dầu diesel không chứa các bon bền vững và tự sản xuất được.
Do we have enough thorium? Yes, we do. In fact, in the United States, we have over 3,200 metric tons of thorium that was stockpiled 50 years ago and is currently buried in a shallow trench in Nevada. This thorium, if used in LFTRs, could produce almost as much energy as the United States uses in three years. And thorium is not a rare substance, either. There are many sites like this one in Idaho, where an area the size of a football field would produce enough thorium each year to power the entire world.
Chúng ta có đủ thori không? Có, chúng ta đủ. Thực tế, ở Hoa Kỳ, có hơn 3200 tấn thori được dự trữ cách đây 50 năm và hiện đang được chôn lấp trong một rãnh cạn ở Nevada. Lượng thori này, nếu được dùng trong LFTRs có thể tạo ra hầu hết năng lượng dùng cho cả Hoa Kỳ trong vòng ba năm. Và thori không phải là một nguyên tố hiếm. Có nhiều địa điểm như này ở Idaho, nơi có diện tích như một sân bóng đá đủ để sản xuất ra lượng thori mỗi năm để cung cấp năng lượng cho toàn thế giới.
Using liquid fluoride thorium technology, we could move away from expensive and difficult aspects of current water-cooled, solid-fueled uranium nuclear power. We wouldn't need large, high-pressure nuclear reactors and big containment buildings that they go in. We wouldn't need large, low-efficiency steam turbines. We wouldn't need to have as many long-distance power transmission infrastructure, because thorium is a very portable energy source that can be located near to where it is needed. A liquid fluoride thorium reactor would be a compact facility, very energy-efficient and safe, that would produce the energy we need day and night, and without respect to weather conditions. In 2007, we used five billion tons of coal, 31 billion barrels of oil and five trillion cubic meters of natural gas, along with 65,000 tons of uranium to produce the world's energy. With thorium, we could do the same thing with 7,000 tons of thorium that could be mined at a single site.
Sử dụng công nghê thori fluorua lỏng Chúng ta có thể tránh xa những vấn đề khó khăn và đắt đỏ của năng lượng hạt nhân dùng nhiên liệu urani rắn, làm mát bằng nước. Chúng ta không cần những lò phản ứng hạt nhân áp suất cao to và những toà nhà chứa khổng lồ để chứa những lò phản ứng này. Chúng ta không cần những tua bin hơi nước lớn, hiệu suất thấp. Chúng ta sẽ không cần những cơ sở hạ tầng để truyền tải điện đường dài, vì thori là một nguồn năng lượng có tính cơ động cao có thể được đặt ở những nơi cần thiết. Một lò phản ứng thori florua sẽ là một cơ sở nhỏ gọn, rất an toàn và tiết kiệm năng lượng, có thể tạo ra đủ năng lượng mà chúng ta cần cả ngày lẫn đêm, mà không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Năm 2007, chúng ta dùng năm tỉ tấn than, 31 tỉ thùng dầu và 5,000 tỉ mét khối khí tự nhiên, tương đương với 65,000 tấn urani để tạo ra đủ năng lượng cho toàn thế giới. Với thori, chúng ta có thể làm tương tự với 7,000 tấn thori có thể được khai thác tại một địa điểm duy nhất.
If all this sounds interesting to you, I invite you to visit our website, where a growing and enthusiastic online community of thorium advocates is working to tell the world about how we can realize a clean, safe and sustainable energy future, based on the energies of thorium.
Nếu bạn thấy hứng thú, hãy truy cập trang web của chúng tôi, nơi cộng đồng đang phát triển nhiệt tình của những người ủng hộ dùng thori đang làm việc để có thể nói cho thế giới về cách chúng ta có thể hiện thực hóa một tương lai năng lượng sạch an toàn và bền vững dựa trên năng lượng của thori
Thank you very much. (Applause)
Cảm ơn rất nhiều.