Lò phản ứng nhiệt hạch: Hiện thực hóa giấc mơ năng lượng sạch vô tận

Siêu dự án Lò phản ứng nhiệt hạt nhân thử nghiệm quốc tế (ITER) là chương trình hợp tác quốc tế với khoản đầu tư lên tới 20 tỷ USD, tại Saint-Paul-les-Durance, miền nam nước Pháp.

Khoảng 5.000 nhà khoa học và chuyên gia công nghệ trên thế giới (hơn 30 nước và các đối tác) đang làm việc tại đây. Quá trình thiết kế lò phản ứng kéo dài hai thập kỷ, hoạt động sản xuất linh kiện trên cả 3 lục địa.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể cung cấp nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận trong tương lai. Nghiên cứu về phản ứng tổng hợp hạt nhân đã được tiến hành trong nhiều thập kỷ. ITER là giấc mơ về sản xuất năng lượng sạch gần như vô tận.

Truyền thông quốc tế đưa tin, 19 cuộn dây trường hình xuyến khổng lồ đã được bàn giao cho miền mam nước Pháp. Chúng sẽ là các thành phần chính trong ITER, siêu dự án nhiệt hạch thử nghiệm sẽ sử dụng giới hạn từ tính để mô phỏng quá trình cung cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao, đồng thời cung cấp ánh sáng và hơi ấm cho trái đất.

Từ năm 2010, đội ngũ các chuyên gia quốc tế đã xây dựng lò phản ứng thử nghiệm ITER tại Pháp. Ảnh: DW

Các cuộn dây trường hình xuyến hình chữ D sẽ được đặt xung quanh bình chân không ITER, một buồng hình cầu gọi là tokamak. Bên trong bình, các hạt nhân nguyên tử nhẹ sẽ được hợp nhất với nhau để tạo thành các hạt nặng hơn, giải phóng năng lượng khổng lồ từ phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Nhiên liệu cho phản ứng tổng hợp hạt nhân này là hai dạng hydro, deuterium và tritium (DT). Nhiên liệu này sẽ được đưa vào tokamak dưới dạng khí. Bằng cách chạy dòng điện qua khí, nó sẽ trở thành plasma ion hóa, trạng thái thứ tư của vật chất, một đám mây hạt nhân và electron.

Plasma sẽ được làm nóng đến 150 triệu độ, nóng hơn lõi của mặt trời 10 lần. Ở nhiệt độ này, vận tốc của các hạt nhân nguyên tử ánh sáng đủ cao để chúng va chạm và hợp nhất. Để định hình, giới hạn và kiểm soát plasma cực nóng này, tokamak ITER phải tạo ra một lồng từ vô hình, được thiết kế chính xác theo hình dạng của bình chân không kim loại.

Mô hình lò tokamak, giam giữ plasma cực nóng bằng từ trường. Ảnh: DW

ITER sử dụng niobi-thiếc và niobi-titan làm vật liệu cho các cuộn dây khổng lồ. Khi được cung cấp năng lượng bằng điện, các cuộn dây trở thành nam châm điện. Khi được làm lạnh bằng heli lỏng đến âm 269 độ C (4 kelvin), chúng trở nên siêu dẫn.

Để tạo ra các từ trường chính xác cần thiết, ITER sử dụng ba mảng nam châm khác nhau. 18 nam châm trường hình xuyến hình chữ D giới hạn plasma bên trong bình. Các nam châm trường hình cầu, một bộ 6 vòng xếp chồng lên nhau bao quanh tokamak theo chiều ngang, kiểm soát vị trí và hình dạng của plasma.

Ở trung tâm của tokamak, solenoid trung tâm hình trụ sử dụng xung năng lượng để tạo ra dòng điện mạnh trong plasma.

Với 15 triệu ampe, dòng điện plasma của ITER sẽ mạnh hơn nhiều so với bất kỳ dòng điện nào có thể có trong các lò tokamak hiện tại hoặc trước đây.

Dự án đặt mục tiêu xây dựng lò phản ứng thử nghiệm vào năm 2030-2035. Ảnh: DW

Các cuộn dây trường hình xuyến sẽ hoạt động cùng nhau, trên thực tế, như một nam châm duy nhất, mạnh nhất từng được chế tạo. Chúng sẽ tạo ra tổng năng lượng từ là 41 gigajoule. Từ trường của ITER sẽ mạnh hơn từ trường của Trái đất khoảng 250.000 lần.

Pietro Barabaschi, Tổng giám đốc ITER, cho biết, việc hoàn thành và bàn giao 19 cuộn dây trường hình xuyến của ITER là một thành tựu to lớn.

Nhà máy tại ITER sẽ sản xuất khoảng 500 megawatt điện nhiệt. Nếu hoạt động liên tục và kết nối với lưới điện, con số này sẽ tương đương khoảng 200 megawatt điện, đủ cho khoảng 200.000 hộ gia đình. Một nhà máy nhiệt hạch thương mại sẽ được thiết kế với buồng plasma lớn hơn, cho công suất điện lớn hơn 10-15 lần.

(Theo DW, Daijiworld)

Duy Anh