‘Trái tim’ của lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới

Được phát triển trong hơn 40 năm với sự hợp tác của hơn 30 quốc gia, cơ sở Lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm quốc tế (ITER) tại miền nam nước Pháp hướng tới chứng minh tiềm năng của phản ứng nhiệt hạch như một nguồn năng lượng khả thi về mặt thương mại. Tuy nhiên, để làm được điều đó, lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới ITER cần hệ thống nam châm cuộn solenoid (dụng cụ tạo bởi vòng dây dẫn điện quấn theo hình trụ) trung tâm gồm 6 module nặng gần 3.000 tấn. Sau khi lắp ráp, hệ thống này sẽ đủ mạnh để nâng một tàu sân bay nặng hơn 50.800 kg, hoặc khoảng 10 cỗ xe tải lớn, theo Popular Science.

Theo Popular Mechanics, khi hoàn thành, lò tokamak ITER có thể chịu nhiệt độ gấp 10 lần lõi của Mặt Trời đồng thời duy trì một số bộ phận ở gần độ 0 tuyệt đối (-273,15 độ C). Trung tâm của kỳ quan kỹ thuật này là hệ thống nam châm ở lõi, tạo ra “lá chắn vô hình” giữ plasma siêu nóng đủ lâu để khởi động phản ứng nhiệt hạch. Bộ khung ngoài cấu tạo từ 9.000 bộ phận riêng lẻ đến từ 8 nhà cung cấp ở Mỹ sẽ hỗ trợ cuộn solenoid trung tâm khi nó tạo ra lực cực mạnh có khả năng khởi động phản ứng nhiệt hạch.

Tokamak, viết tắt từ cụm từ tiếng Nga có nghĩa “buồng hình xuyến với các cuộn dây từ”, là một lò phản ứng nhiệt hạch hình bánh vòng dựa vào xung từ để ion hóa chỉ vài gram nhiên liệu deuterium và tritium (đồng vị của hydro). Plasma ion hóa sau đó được giữ trong “lồng vô hình” tạo bởi năng lượng từ trường trong khi các hệ thống gia nhiệt bên ngoài tăng nhiệt độ plasma lên hơn 150 triệu độ C, nóng hơn lõi Mặt Trời. Ở mốc nhiệt đó, hạt nhân nguyên tử trong plasma bắt đầu hợp nhất, giải phóng lượng nhiệt lớn chưa từng có, có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng sạch vô hạn cho mọi người.

Ở một ngưỡng nhiệt độ nhất định, deuterium và tritium sẽ vượt qua lực đẩy điện từ thông qua hiệu ứng đường hầm lượng tử và kết hợp. Một số tính toán nhanh cho thấy chuyển đổi một khối lượng cực nhỏ có thể tạo ra rất nhiều năng lượng. 10.000 tấn nam châm siêu dẫn của ITER (với tổng năng lượng 51 gigajoule) sẽ duy trì plasma đủ lâu ở nhiệt độ cao để phản ứng nhiệt hạch diễn ra. Theo ước tính của các nhà khoa học, ITER sẽ sản xuất 500 megawatt điện chỉ với 50 megawatt công suất nhiệt đầu vào, cao hơn gấp 10 lần.

Dự án ITER vấp phải trì hoãn trong nhiều năm do thách thức về hậu cần, địa chính trị thay đổi và gánh nặng tài chính. Hiện nay, sau khi hoàn thành module cuối cùng của cuộn solenoid trung tâm, công việc còn lại là hoàn thành lắp đặt các bộ phận của lò phản ứng và chuẩn bị sẵn sàng để thử nghiệm. Giai đoạn khởi động để tạo ra plasma của ITER có thể sẽ không diễn ra ít nhất cho đến năm 2033. Dù vậy, ITER vẫn là hiện thân cho tiềm năng của lò phản ứng tokamak và tương lai năng lượng bền vững.

An Khang (Tổng hợp)