Buzz
Trung Quốc thông báo rằng lò phản ứng nhiệt hạch của quốc gia này, mang tên 'mặt trời nhân tạo', đã vượt qua một giới hạn kỹ thuật quan trọng trong công nghệ nhiệt hạch, đưa nhân loại gần hơn với nguồn năng lượng sạch vô tận.
Theo Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, lò phản ứng Tokamak Thử nghiệm Siêu dẫn Tiên tiến (EAST) đã duy trì plasma ở mật độ cực cao một cách ổn định, giải quyết được một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu nhiệt hạch.
Giáo sư Ping Zhu, chuyên gia từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ rằng kết quả này mở ra hướng đi khả thi để vượt qua giới hạn mật độ trong các lò tokamak và các thiết bị nhiệt hạch plasma thế hệ mới.
Phản ứng nhiệt hạch được coi là một nguồn năng lượng sạch gần như vô tận vì chúng tạo ra ít chất thải phóng xạ và không thải ra khí nhà kính, khác biệt hoàn toàn với năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch.
Nghiên cứu mới, công bố ngày 1/1 trên tạp chí Science Advances, có thể đẩy nhân loại gần hơn đến việc khai thác nguồn năng lượng nhiệt hạch. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia cho rằng công nghệ này sẽ cần hàng chục năm nữa để có thể thương mại hóa.
Mặc dù công nghệ phản ứng tổng hợp hạt nhân đã được nghiên cứu suốt hơn 70 năm, nhưng đến nay nó vẫn chủ yếu ở giai đoạn thử nghiệm. Các lò phản ứng hiện nay thường tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với năng lượng mà chúng tạo ra.
Giữa bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng rõ rệt, các chuyên gia khí hậu kêu gọi một hành động mạnh mẽ để giảm phát thải. Tuy nhiên, nhiệt hạch có thể khó trở thành giải pháp ngay lập tức cho khủng hoảng khí hậu hiện nay, dù rằng nó có thể đóng vai trò quan trọng trong tương lai.
Lò phản ứng nhiệt hạch hoạt động bằng cách hợp nhất hai nguyên tử nhẹ thành một nguyên tử nặng thông qua việc tạo ra nhiệt và áp suất cực cao, giống như cách mà năng lượng của mặt trời được tạo ra.
Do áp suất trong mặt trời lớn hơn rất nhiều so với trái đất, các nhà khoa học phải bù đắp bằng cách duy trì plasma ở nhiệt độ cao hơn rất nhiều lần so với nhiệt độ trên bề mặt mặt trời.
EAST là lò phản ứng giam giữ từ tính, được thiết kế để giữ plasma cháy liên tục trong thời gian dài. Lò phản ứng này làm nóng plasma và giữ chúng trong một buồng hình donut nhờ vào các từ trường mạnh.
Các lò tokamak hiện nay vẫn chưa đạt đến trạng thái có thể tự duy trì phản ứng nhiệt hạch, nhưng EAST đã thành công trong việc kéo dài thời gian duy trì một vòng plasma ổn định.
Một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu nhiệt hạch là giới hạn Greenwald, tức là mật độ plasma vượt quá mức này thì plasma có thể trở nên mất ổn định.
Giới hạn này gây khó khăn bởi vì mật độ plasma cao giúp các nguyên tử va chạm nhiều hơn, làm giảm năng lượng cần thiết để kích hoạt phản ứng. Tuy nhiên, sự mất ổn định này lại có thể dập tắt phản ứng nhiệt hạch.
Để vượt qua giới hạn Greenwald, các nhà khoa học tại EAST đã kiểm soát một cách nghiêm ngặt sự tương tác giữa plasma và thành lò phản ứng thông qua việc điều chỉnh hai thông số quan trọng khi khởi động lò.
Hai thông số này bao gồm áp suất khí nhiên liệu ban đầu và gia nhiệt cộng hưởng cyclotron điện tử. Đây không phải là lần đầu tiên giới hạn Greenwald bị phá vỡ.
Vào năm 2022, lò tokamak DIII-D của Bộ Năng lượng Mỹ tại San Diego đã thành công trong việc vượt qua giới hạn này.
Năm 2024, các nhà nghiên cứu tại Đại học Wisconsin–Madison thông báo rằng họ đã duy trì plasma tokamak ổn định với mật độ cao gấp khoảng 10 lần giới hạn Greenwald bằng một thiết bị thử nghiệm.
Tuy nhiên, đột phá tại EAST cho phép các nhà khoa học lần đầu tiên làm nóng plasma đến trạng thái lý thuyết được dự đoán trước, gọi là 'vùng không phụ thuộc mật độ'. Trong trạng thái này, plasma vẫn duy trì sự ổn định ngay cả khi mật độ tiếp tục tăng.
Những tiến bộ tại EAST và tại Mỹ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các lò phản ứng nhiệt hạch mới.
Cả Trung Quốc và Mỹ đều tham gia chương trình Lò phản ứng Nhiệt hạch Thử nghiệm Quốc tế (ITER), một dự án hợp tác giữa hàng chục quốc gia để xây dựng lò tokamak lớn nhất thế giới tại Pháp.
ITER là một lò phản ứng thử nghiệm dành cho nghiên cứu nhiệt hạch bền vững, được kỳ vọng sẽ là bước đệm cho các nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai. Theo kế hoạch, ITER dự kiến sẽ bắt đầu thực hiện các phản ứng nhiệt hạch quy mô lớn vào năm 2039.
Theo thông tin từ LiveScience
