Trung Quốc tạo bước đột phá trong công nghệ năng lượng nhiệt hạch

Các nhà khoa học Trung Quốc kiểm tra cuộn dây điện từ trung tâm trên bệ thử nghiệm tại Trung tâm Siêu dẫn Nhiệt độ cao.

Đây được xem là một trong những cột mốc kỹ thuật quan trọng nhất của chương trình phát triển năng lượng nhiệt hạch tại Trung Quốc sau gần bốn thập kỷ nghiên cứu.

Cụm thiết bị gồm hai thành phần cốt lõi là nam châm trường xuyến (Toroidal Field Magnet) và cuộn dây điện từ trung tâm (Central Solenoid).

Trong đó, nam châm trường xuyến đóng vai trò như một "chiếc lồng từ" khổng lồ bao quanh buồng phản ứng, tạo ra từ trường cực mạnh để giữ plasma - trạng thái vật chất có nhiệt độ lên tới hơn 100 triệu độ C - không tiếp xúc với thành lò phản ứng.

Việc duy trì plasma ổn định luôn được xem là thách thức lớn nhất của công nghệ nhiệt hạch, bởi nhiệt độ của plasma còn cao hơn cả lõi Mặt Trời. Nếu plasma chạm vào thành lò, toàn bộ cấu trúc có thể bị phá hủy chỉ trong thời gian rất ngắn.

Nhờ hệ thống từ trường siêu mạnh, các hạt mang điện trong plasma được dẫn hướng theo quỹ đạo xác định, hạn chế tối đa hiện tượng thất thoát năng lượng và bảo vệ thành lò khỏi các va chạm năng lượng cực lớn.

Nam châm lớn nhất từng được chế tạo

Theo các nhà nghiên cứu, nam châm trường xuyến vừa được thử nghiệm có chiều dài 21 m, rộng 12 m, cao 3,3 m và nặng tới 582 tấn, trở thành nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới từng được chế tạo.

Đáng chú ý, thiết bị có thể tích lớn hơn khoảng 1,3 lần và khả năng tích trữ năng lượng cao gấp 3 lần hệ thống tương tự đang được sử dụng tại Dự án Lò phản ứng Nhiệt hạch Thực nghiệm Quốc tế (ITER) ở miền Nam nước Pháp.

Theo nhà nghiên cứu Wu Yu, toàn bộ lò phản ứng sẽ sử dụng 16 cuộn nam châm trường xuyến ghép lại thành một hệ thống hoàn chỉnh. Mỗi cuộn có khả năng mang dòng điện lên tới 100 kiloampere và tạo ra từ trường mạnh 6,5 tesla tại tâm thiết bị.

Giám đốc Viện Vật lý Plasma Song Yuntao cho biết quá trình thiết kế và chế tạo cụm nam châm này kéo dài suốt 6 năm. Theo ông, đây hiện là thiết bị cùng loại có khả năng tích trữ năng lượng lớn nhất thế giới.

Một điểm đáng chú ý khác là toàn bộ vật liệu chủ chốt, từ thép chuyên dụng, vật liệu cách điện đến dây siêu dẫn đều được Trung Quốc tự nghiên cứu và sản xuất trong nước, thể hiện bước tiến lớn về năng lực làm chủ công nghệ lõi.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm thành công cuộn dây điện từ trung tâm sử dụng công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao. Thiết bị này có nhiệm vụ khởi tạo và duy trì dòng điện plasma, đồng thời điều chỉnh linh hoạt cấu hình từ trường trong suốt quá trình vận hành lò phản ứng.

Tiến gần hơn mục tiêu phát triển nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn

Dự án CRAFT là một phần trong chiến lược dài hạn của Trung Quốc nhằm phát triển công nghệ nhiệt hạch, nguồn năng lượng được đánh giá có tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch nhờ khả năng tạo ra lượng điện khổng lồ mà hầu như không phát thải khí nhà kính và tạo rất ít chất thải phóng xạ tồn dư.

Mục tiêu của dự án là xây dựng các công nghệ nền tảng cho những lò phản ứng nhiệt hạch thương mại trong tương lai, trong đó việc tạo và duy trì plasma ổn định ở nhiệt độ trên 100 triệu độ C là điều kiện tiên quyết.

Hành trình nghiên cứu tokamak siêu dẫn của Trung Quốc bắt đầu từ cuối thập niên 1970 khi nước này tiếp nhận lò phản ứng T-7 từ Liên Xô. Đến năm 1994, thiết bị được cải tiến thành HT-7, đưa Trung Quốc trở thành quốc gia thứ tư trên thế giới làm chủ công nghệ tokamak siêu dẫn, sau Nga, Pháp và Nhật Bản.

Năm 2006, Trung Quốc tiếp tục đưa vào vận hành EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), lò tokamak siêu dẫn hoàn toàn đầu tiên trên thế giới. Trong những năm gần đây, EAST liên tục lập nhiều kỷ lục về thời gian duy trì plasma nhiệt độ cao, tạo nền tảng quan trọng cho việc phát triển các lò phản ứng nhiệt hạch thế hệ mới.

Việc thử nghiệm thành công nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới không đồng nghĩa Trung Quốc đã tiến tới thương mại hóa điện nhiệt hạch. Tuy nhiên, đây được giới chuyên môn đánh giá là bước tiến kỹ thuật quan trọng, giúp giải quyết một trong những "nút thắt" lớn nhất của công nghệ nhiệt hạch và đưa tham vọng xây dựng "Mặt trời nhân tạo" tiến gần hơn tới hiện thực.