Buzz
'Mặt trời nhân tạo' của Trung Quốc vừa lập kỷ lục thế giới khi tạo và duy trì thành công plasma cực nóng, có giới hạn cao trong hơn bảy phút.
Theo báo SCMP, lò tokamak siêu dẫn tiên tiến EAST tại thành phố Hợp Phì ở miền đông Trung Quốc vừa tạo ra và duy trì plasma siêu nóng trong hơn 400 giây, phá vỡ kỷ lục trước đó là 101 giây vào năm 2017. Nhiệt độ của plasma siêu nóng này thường đạt ngưỡng 126 triệu độ F—cao gấp nhiều lần so với Mặt trời, vốn có nhiệt độ 10.000 độ F ở bề mặt và khoảng 27 triệu độ F ở lõi.
Kỷ lục này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các lò phản ứng hợp nhiệt hạch hiệu quả và chi phí thấp.
'Ý nghĩa chính của bước đột phá mới này là 'chế độ kiềm hãm cao' của lò, đã khiến nhiệt độ và mật độ của plasma tăng lên đáng kể', Song Yuntao, giám đốc Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cũng là đơn vị đã xây dựng lò EAST, cho biết.
Theo ông Song, kết quả thu được đã đặt nền tảng vững chắc để cải thiện tính khả thi kỹ thuật và kinh tế của các lò phản ứng hợp nhiệt.
Lò EAST, khởi động từ năm 2006, đại diện cho một trong những con đường triển vọng nhất đến phản ứng hợp nhiệt hạch kiểm soát. Lò phản ứng hạt nhân này đã tiến hành hơn 120.000 thí nghiệm để đạt được những cột mốc mới nhất.
'Thành tựu này đại diện cho một bước tiến quan trọng đối với nhóm nghiên cứu của chúng tôi trong lĩnh vực vật lý cơ bản, kỹ thuật nhiệt hạch và vận hành/bảo trì dự án', ông Song chia sẻ.
Lò Tokamak siêu dẫn tiên tiến thử nghiệm của Trung Quốc (EAST), còn được gọi là 'Mặt trời nhân tạo' của Trung Quốc, đã được hoạt động từ năm 2006. Ảnh: MU CHEN/Barcroft Media
Tiềm năng lớn của 'Mặt trời nhân tạo'
Lý do hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân dựa trên nguyên lý nhiệt hạch, trong đó hai hạt nhân nhẹ của hydro là deuterium và tritium kết hợp để tạo ra một hạt nhân heli nặng hơn và giải phóng năng lượng.
Nói cách khác, mục tiêu xây dựng một lò phản ứng hạt nhân có thể được so sánh với việc 'tạo ra một Mặt Trời nhân tạo trên Trái Đất và cắm dây điện vào để sử dụng'. Năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng lý tưởng nhất cho tương lai, giúp loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về nhiên liệu hóa thạch, từ đó giảm thiểu hiện tượng nóng lên toàn cầu. Lý thuyết cho rằng, deuterium có thể được chiết xuất từ các đại dương trên Trái đất; một lít nước biển được ước tính có đủ nguyên liệu hạt nhân để tạo ra năng lượng tương đương với 300 lít xăng.
Tuy nhiên, việc xây dựng và vận hành các lò phản ứng hạt nhân không hề đơn giản về mặt kỹ thuật. Phản ứng hạt nhân xảy ra ở nhiệt độ cực cao, từ 120 triệu độ C trở lên. Ở mức nhiệt độ này, mọi chất liệu đều tồn tại dưới dạng plasma. Đây cũng là mục tiêu cơ bản của các lò phản ứng hạt nhân, tạo ra hỗn hợp plasma với nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C.
Bên trong lò phản ứng hạt nhân kiểu tokamak với thiết kế hình xuyến, kết hợp với từ trường cực mạnh để 'giữ gọn' plasma siêu nóng và buộc chúng kết hợp với nhau theo thời gian. Ảnh: Internet
Bên trong lò, các tia laser làm nóng các nguyên tử hydro nặng như deuterium và tritium lên đến hàng trăm triệu độ F, là ngưỡng nhiệt độ mà quá trình nhiệt hạch bắt đầu trong các ngôi sao. Sức nóng này cho phép các nhà nghiên cứu tái tạo áp suất hấp dẫn cực lớn bên trong lõi của một ngôi sao.
Ở nhiệt độ cao như vậy, các hạt nhân nguyên tử bên trong tokamak bắt đầu đập vào nhau và giải phóng năng lượng có thể được sử dụng cho điện. Tuy nhiên, việc duy trì plasma ở nhiệt độ cao như vậy mà không bị rò rỉ đã được chứng minh là một thách thức cực kỳ lớn.
Theo Tim Bestwick, giám đốc công nghệ của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh, việc kéo dài thời gian duy trì plasma ở trạng thái bền vững và được kiểm soát như thế này liên quan đến ba điều: 'Có máy móc có thể hoạt động trong thời gian dài; có thể cung cấp nhiệt lượng ổn định cho plasma; và có thể giám sát và kiểm soát plasma.'
Trong trường hợp của lò EAST, một trong những tính năng cho phép lò phản ứng này đạt được và duy trì nhiệt độ cao một cách hiệu quả là việc sử dụng nam châm siêu dẫn. Chất siêu dẫn là vật liệu không có điện trở và không thải nhiệt trong điều kiện thích hợp.
Được coi là lò tokamak siêu dẫn đầu tiên trên thế giới, EAST sử dụng từ trường cực mạnh để 'giam cầm' plasma siêu nóng trong không gian hình xuyến và buộc chúng kết hợp với nhau theo thời gian. Lò này sử dụng công nghệ tiên tiến và hàng triệu bộ phận để hoạt động như một 'mặt trời mini'.
Trước đó, lò EAST đã đạt được một số kỷ lục, bao gồm việc duy trì plasma ở nhiệt độ khoảng 70 triệu độ C trong gần 18 phút vào năm 2021 ở một chế độ hoạt động khác với chế độ được sử dụng trong thí nghiệm gần đây.
Trung Quốc cũng là thành viên của Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế, lò phản ứng hạt nhân lớn nhất thế giới đang được xây dựng tại Pháp.
Trung Quốc đã hoàn tất thiết kế của lò phản ứng hạt nhân thế hệ tiếp theo, được gọi là CFETR (Lò phản ứng thử nghiệm kỹ thuật nhiệt hạch Trung Quốc), với mục tiêu trở thành lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới đi vào hoạt động thực tế, theo Tân Hoa Xã.
Khi hoàn thành vào khoảng năm 2035, CFETR sẽ sản xuất một lượng nhiệt cực lớn, đạt công suất cực đại lên tới 2 gigawatt.
Tóm lại
