Cột mốc mới của Trung Quốc
Tập đoàn điện hạt nhân thuộc sở hữu nhà nước của Trung Quốc cho biết họ đã đạt được một cột mốc quan trọng trong nỗ lực tạo ra một "Mặt trời nhân tạo" chạy bằng phản ứng tổng hợp hạt nhân (còn gọi là phản ứng nhiệt hạch, ngược với phản ứng phân hạch), SCMP thông tin.
Tập đoàn Hạt nhân Quốc gia Trung Quốc (CNNC) hôm thứ Bảy 26/8 cho biết phiên bản mới nhất của cỗ máy tokamak, được gọi là HL-2A, lần đầu tiên tạo ra dòng điện plasma hơn 1 triệu ampe, hay 1 mega-amp, ở chế độ giam cầm cao.
"Đây là một cột mốc quan trọng đối với sự phát triển của Trung Quốc trong lĩnh vực phản ứng tổng hợp hạt nhân, vì phản ứng tổng hợp hạt nhân giam cầm là một trong ba trụ cột trong chiến lược phát triển năng lượng hạt nhân của Trung Quốc" - CNNC cho biết.
HL-2A lần đầu tiên tạo ra dòng điện plasma hơn 1 triệu ampe, hay 1 mega-amp, ở chế độ giam cầm cao. Ảnh: SCMP
Các nhà khoa học hy vọng rằng quá trình này – tạo ra năng lượng giống như cách Mặt trời tạo ra nhiệt và ánh sáng – có thể cung cấp năng lượng an toàn, sạch và gần như vô hạn.
Không giống như phản ứng phân hạch hạt nhân, vốn là cách các nhà máy hạt nhân hiện đại tạo ra năng lượng, phản ứng nhiệt hạch tạo ra ít chất thải phóng xạ hơn.
CNNC cho biết thiết bị này hoạt động ở "chế độ giam cầm cao" (chế độ H), trong đó nhiệt độ và mật độ của plasma tăng lên đáng kể.
Lò phản ứng mới của CNNC đã khắc phục được "những khó khăn kỹ thuật quan trọng" do sử dụng hệ thống nhiệt mạnh hơn và bộ chuyển hướng tiên tiến - một thiết bị chiết nhiệt, giúp giảm thiểu ô nhiễm plasma và bảo vệ bức tường bao quanh lò phản ứng.
Theo truyền thông Trung Quốc, thiết bị này được phát triển tại Viện Vật lý Tây Nam của tập đoàn CNNC ở Thành Đô, thủ phủ của tỉnh Tứ Xuyên. Nhưng đây không phải là nơi đầu tiên tạo ra và duy trì plasma cực nóng, có độ giam cầm cao.
Vào tháng 4/2023, Lò tokamak siêu dẫn tiên tiến thử nghiệm (EAST) do Viện Vật lý Plasma phát triển đã thiết lập một kỷ lục khi duy trì plasma trong gần 7 phút – lâu gấp 4 lần so với kỷ lục trước đó.
Các nhà khoa học trên khắp thế giới đang nỗ lực phát triển "Mặt trời nhân tạo" – tạo ra năng lượng bằng cách đốt nóng các nguyên tử hydro lên trên 100 triệu độ C và giam cầm chúng đủ lâu để chúng có thể hợp nhất thành các nguyên tử nặng hơn, giải phóng nguồn năng lượng cực lớn.
Nhưng thách thức là phải kiểm soát quá trình này để lò phản ứng không phát nổ khi tái tạo "Mặt trời nhân tạo" trên Trái đất.
Theo Hiệp hội Hạt nhân Thế giới, Trung Quốc đang hướng tới mục tiêu tự cung cấp năng lượng, mục tiêu về năng lượng hạt nhân đóng vai trò quan trọng và nước này đã tăng gấp 3 công suất điện hạt nhân trong thập kỷ qua.
Theo nghiên cứu của công ty nghiên cứu Astamuse có trụ sở tại Tokyo (Nhật Bản), Trung Quốc đã nộp nhiều bằng sáng chế về công nghệ nhiệt hạch hạt nhân hơn bất kỳ quốc gia hoặc khu vực nào khác trong khoảng thời gian từ 2011 đến 2022.
Nền kinh tế lớn thứ hai thế giới cũng nhắm mục đích xây dựng một lò phản ứng nhiệt hạch nguyên mẫu công nghiệp vào năm 2035 và triển khai công nghệ này để sử dụng thương mại quy mô lớn vào năm 2050.
Siêu dự án tái tạo "Mặt trời nhân tạo" trên Trái đất
Trung Quốc là một trong 7 bên đang tham gia Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER), lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới đang được xây dựng tại Saint-Paul-lès-Durance, Pháp với sự hợp tác của Liên minh châu Âu (EU), Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Mỹ.
"Đốt cháy" plasma ở nhiệt độ cao gấp 10 lần nhiệt độ lõi Mặt trời là khát vọng khoa học của nhiều quốc gia trên thế giới. Ảnh: ITER
Dự án ITER là một siêu dự án quốc tế nhằm mục đích chứng minh, cả về mặt khoa học và công nghệ, việc hiện thực hóa năng lượng nhiệt hạch ngày trên Trái đất. Cụ thể, mục tiêu đó là: "Đốt cháy" plasma ở nhiệt độ cao gấp 10 lần nhiệt độ lõi Mặt trời, giữ cho "ngôi sao nhân tạo" này bốc cháy và tạo ra năng lượng ròng trong vài giây mỗi lần phản ứng.
ITER được cho là sẽ giúp nhân loại đạt được ước mơ về một thế giới được cung cấp năng lượng không phải bằng nhiên liệu hóa thạch mà bằng năng lượng nhiệt hạch, quá trình tương tự làm cho các ngôi sao tỏa sáng, Scientificamerican bình luận.
Tuy nhiên, siêu dự án này đang vấp phải một vấn đề lớn: Bội chi ngân sách và trì hoãn quá lâu: ITER đang có nguy cơ khiến trở thành dự án khoa học bị trì hoãn lâu nhất và chi phí tăng cao nhất trong lịch sử.
Dự án ITER chính thức bắt đầu vào năm 2006, khi các đối tác quốc tế đồng ý tài trợ ước tính khoảng 5 tỷ euro (khi đó là 6,3 tỷ USD), kế hoạch 10 năm sẽ đưa ITER đi vào hoạt động vào năm 2016.
Tuy nhiên, ước tính chi phí chính thức gần đây nhất là hơn 20 tỷ euro (22 tỷ USD), với ITER trên danh nghĩa sẽ được kích hoạt chỉ sau 2 năm kể từ bây giờ. Thực tế, ITER không chỉ phải đối mặt với sự chậm trễ kéo dài thêm vài năm mà còn có sự thừa nhận nội bộ ngày càng tăng rằng những thách thức kỹ thuật còn lại của dự án có thể khiến ngân sách tăng vọt hơn nữa. Chưa rõ khi nào ITER đi vào hoạt động.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch hạt nhân) là nguồn năng lượng giúp Mặt trời tiếp tục chiếu sáng và mục tiêu cuối cùng của các nhà khoa học quốc tế là đạt được phản ứng tổng hợp trên Trái đất.
Phản ứng nhiệt hạch kết hợp các hạt nhân nguyên tử nhẹ (deuterium và tritium) trong môi trường plasma thành nguyên tố helium nặng hơn.
Các phản ứng nhiệt hạch không thải ra carbon dioxide và nguồn nhiên liệu của chúng có thể được chiết xuất từ nước biển với số lượng gần như không giới hạn (lithium là nguồn gốc của tritium và deuterium).
Năng lượng nhiệt hạch được kỳ vọng sẽ cung cấp các giải pháp cơ bản cho nhiều vấn đề về năng lượng và môi trường của thế giới.
Nguồn: SCMP, Scientificamerican, MHI