Con người tạo ra plasma đánh dấu cuộc cách mạng năng lượng nhiệt hạch

Tọa lạc tại thành phố Naka (Nhật Bản), JT-60SA là lò phản ứng lớn nhất sử dụng cuộn dây siêu dẫn để tạo ra plasma từ việc hợp nhất hạt nhân hydro để giải phóng năng lượng. 

Vai trò của nó sẽ mở đường cho việc sản xuất năng lượng nhiệt hạch thương mại trên toàn thế giới.

Plasma được tạo ra từ lò JT-60SA giống như năng lượng ở trung tâm Mặt Trời, nó đại diện cho một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn trước những thách thức về tình hình năng lượng hiện tại.

Thế giới đang chạy đua trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, loại bỏ dần sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Nhu cầu năng lượng toàn cầu tiếp tục tăng, việc tìm kiếm nguồn năng lượng sạch và bền vững trở nên cấp thiết.

Trong bối cảnh này, lò phản ứng nhiệt hạch JT-60SA đặt tại Naka, Nhật Bản đã có một bước tiến đáng kể. Đây là kết quả của sự hợp tác quốc tế giữa xứ sở hoa anh đào và Châu Âu. 

Sau khi lò phản ứng JT-60SA vận hành thử nghiệm, nhóm kỹ sư và nhà khoa học lần đầu tiên đã thành công trong việc tạo ra plasma tokamak. 

Sáng kiến này không chỉ nhằm mục đích hoàn thiện công nghệ nhiệt hạch mà còn đặt nền móng cho các nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai. Đặc biệt, nó sẽ giúp nghiên cứu các phương pháp sản xuất plasma tiên tiến.

Một thành tựu công nghệ chưa từng có

Lò phản ứng nhiệt hạch tiên tiến mới trang bị cuộn dây siêu dẫn được làm mát đến khoảng -269 độ C (nhiệt độ tuyệt đối là 4K) để giữ plasma, có thể đạt tới 100 triệu độ C. Hoạt động của nó dựa trên việc sử dụng từ trường cường độ cao được tạo ra bởi các cuộn dây này.

Do bản chất siêu dẫn, chúng có thể mang dòng điện lớn mà không có điện trở, tạo ra từ trường mạnh. Vì thế nó có thể giam giữ và kiểm soát plasma, về cơ bản đây là một đám mây khí bị ion hóa ở nhiệt độ cực cao. 

Plasma này chứa bên trong buồng giam của lò phản ứng có hình bánh rán (hình xuyến), giữ trong môi trường chân không để tránh mọi tương tác của plasma với các hạt lạ khác. 

Thách thức chính của quá trình này là cho phép các hạt nhân hydro có trong plasma đến đủ gần để chúng hợp nhất. Phản ứng tổng hợp này tạo ra khí heli và do đó giải phóng một lượng lớn năng lượng.

Năng lượng này nếu được khai thác hiệu quả có thể được sử dụng để sản xuất điện.

Cuộc cách mạng trong lĩnh vực nhiệt hạch

Phản ứng tổng hợp hạt nhân được coi là một trong những giải pháp tiềm năng cho những thách thức năng lượng toàn cầu. Nó hứa hẹn một nguồn năng lượng sạch, có thể tái tạo và gần như vô tận.

Tuy nhiên, để làm chủ được công nghệ này đòi hỏi những tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu và phát triển.

Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER) của Pháp là một dự án đầy tham vọng đang được xây dựng ở Cadarache. Nó nhằm mục đích trở thành lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ, một cột mốc quan trọng trong việc biến phản ứng tổng hợp hạt nhân trở nên khả thi về mặt thương mại. 

Trong bối cảnh này, JT-60SA, với các khả năng tiên tiến sẽ đóng vai trò là nền tảng thử nghiệm các công nghệ sẽ được triển khai trong ITER. Bằng cách thử nghiệm và xác nhận các công nghệ này, nó sẽ giúp giảm thiểu rủi ro liên quan trong quá trình thử nghiệm ITER và tăng cơ hội thành công.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân, mặc dù hứa hẹn là nguồn năng lượng sạch, tái tạo. Nhưng nó lại phải đối mặt với một loạt thách thức về kỹ thuật và quá trình vận hành thường làm chậm tiến độ trong lĩnh vực này. 

Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng vẫn là làm cho phản ứng tổng hợp hạt nhân trở nên khả thi về mặt thương mại. Dự án nhà máy điện hạt nhân hợp hạch (DEMO) mà Nhật Bản dự định xây dựng vào năm 2050, thể hiện tầm nhìn tương lai này. 

Nó được thiết kế để trở thành cầu nối giữa các lò phản ứng thử nghiệm như JT-60SA, ITER và các nhà máy nhiệt hạch thương mại. DEMO nhằm mục đích chứng minh rằng, phản ứng tổng hợp có thể được sử dụng một cách hiệu quả về mặt chi phí để sản xuất điện trên quy mô lớn. 

Nếu thành công, nó có thể đánh dấu sự khởi đầu một kỷ nguyên mới trong sản xuất năng lượng, nơi phản ứng nhiệt hạch trở thành nguồn năng lượng sạch, bền vững chính cho thế giới.