Láng giềng Việt Nam trình làng nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới cho 'mặt trời nhân tạo', khối lượng tương đương 300 xe bán tải

Thiết bị do Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phát triển tại Hợp Phì, tỉnh An Huy. Sau khoảng 6 năm chế tạo và thử nghiệm, cuộn nam châm đã vượt qua quá trình nghiệm thu toàn bộ thông số kỹ thuật.

Nam châm có dạng chữ D, dài 21m, rộng 12m và dày 3,3m. Từ trường thiết kế đạt 6,5 tesla, còn tuổi thọ dự kiến khoảng 60 năm.

Với khối lượng 582 tấn, đây là một trong những cấu kiện nam châm lớn nhất từng được chế tạo cho thiết bị nhiệt hạch. Quy mô này tương đương tổng trọng lượng của khoảng 300 xe bán tải Ford F-150.

“Chiếc lồng từ” giữ plasma 100 triệu độ C

Trong lò phản ứng nhiệt hạch kiểu tokamak, plasma phải được nung lên nhiệt độ có thể đạt khoảng 100 triệu độ C.

Ở mức nhiệt này, không vật liệu nào có thể tiếp xúc trực tiếp với plasma trong thời gian dài. Vì vậy, hệ thống nam châm siêu dẫn được sử dụng để tạo ra từ trường cực mạnh, giữ plasma lơ lửng và cách xa thành buồng phản ứng.

Cuộn nam châm vừa hoàn thành mới chỉ là một phần của hệ thống.

Theo Viện Vật lý Plasma Trung Quốc, lò phản ứng tương lai sẽ cần tổng cộng 16 cuộn dây dạng này bố trí thành vòng tròn. Khi hoạt động đồng thời, chúng tạo ra một trường từ bao quanh plasma, có thể hình dung như một “chiếc lồng vô hình”.

So với cuộn dây tương đương của ITER, dự án nhiệt hạch quốc tế đang được xây dựng tại Pháp, phía Trung Quốc cho biết thiết bị của họ có thể tích lớn hơn khoảng 1,3 lần và khả năng tích trữ năng lượng cao gấp 3 lần.

Toàn bộ quá trình phát triển kéo dài khoảng 6 năm, từ vật liệu dẫn điện siêu dẫn tới kết cấu thép chịu lực. Trong thời gian này, nhóm nghiên cứu cho biết đã đăng ký 47 bằng sáng chế và xây dựng 25 tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan.

Bước đệm cho lò nhiệt hạch BEST

Cuộn nam châm này được phát triển trong khuôn khổ CRAFT, cơ sở nghiên cứu toàn diện về công nghệ nhiệt hạch của Trung Quốc.

CRAFT đóng vai trò như một nơi thử nghiệm các thiết bị ở quy mô gần với lò phản ứng thực tế, trước khi những công nghệ đó được tích hợp vào các hệ thống lớn hơn.

Một trong những mục tiêu chính là BEST, viết tắt của Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak, tức cơ sở tokamak siêu dẫn thử nghiệm plasma cháy.

BEST dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2027.

Theo kế hoạch được công bố, thiết bị này sẽ vận hành bằng hỗn hợp deuterium và tritium, 2 đồng vị hydro thường được sử dụng trong nghiên cứu nhiệt hạch.

Mục tiêu là tạo ra trạng thái plasma cháy, trong đó phản ứng nhiệt hạch có thể tự duy trì ở mức cao hơn nhờ năng lượng sinh ra từ chính quá trình phản ứng.

Trung Quốc đặt mục tiêu tiến tới chứng minh khả năng phát điện từ hệ thống vào khoảng năm 2030.

Nếu đạt được các mốc kỹ thuật đề ra, BEST có thể trở thành một trong những tokamak sử dụng deuterium và tritium lớn và tiên tiến nhất đi vào vận hành trong giai đoạn tới.

Xa hơn, Trung Quốc đặt mục tiêu phát triển lò phản ứng nhiệt hạch thương mại sau năm 2040.

Một hạng mục lớn khác cũng vừa hoàn thành

Song song với nam châm siêu dẫn, Trung Quốc cũng vừa hoàn tất một phần quan trọng khác của hệ thống từ trường cho BEST.

Ngày 27/9, tại Đức Dương, tỉnh Tứ Xuyên, China National Machinery Heavy Equipment Group hoàn thành và xuất xưởng lô vỏ cuộn dây từ trường xuyến phục vụ dự án.

Tổng cộng 8 vỏ cuộn dây TF đã được chế tạo, lắp ráp và bàn giao.

Đây là các kết cấu thép bao quanh cuộn nam châm, có nhiệm vụ chịu lực và bảo vệ phần siêu dẫn bên trong.

Hạng mục này khác với chính cuộn nam châm 582 tấn đã hoàn thành thử nghiệm trước đó.

Doanh nghiệp sản xuất bắt đầu tham gia chương trình từ năm 2020 với các mẫu thử cho CRAFT. Sau đó, công ty tiếp tục nhận các hợp đồng chế tạo thiết bị cho BEST từ năm 2023 và bước vào sản xuất hàng loạt từ năm 2025.

Việc hoàn thành các vỏ cuộn dây được xem là một bước tiến khác trong năng lực chế tạo thiết bị từ trường cường độ cao trong nước.

Còn rất xa mới tới điện nhiệt hạch thương mại

Dù quy mô và thông số của nam châm mới gây chú ý, đây mới chỉ là một phần trong hệ thống nhiệt hạch hoàn chỉnh.

Sau khi các thiết bị riêng lẻ được hoàn thiện, Trung Quốc vẫn phải tiến hành lắp ráp, tích hợp, thử nghiệm đồng bộ và kiểm chứng độ ổn định của plasma trong thời gian dài.

Đây là những bài toán kỹ thuật phức tạp hơn nhiều so với việc chế tạo một cuộn nam châm đơn lẻ.

Nhiệt hạch được kỳ vọng có thể cung cấp nguồn năng lượng lớn với lượng phát thải carbon thấp và nhiên liệu tương đối dồi dào. Tuy nhiên, sau khoảng 7 thập kỷ nghiên cứu, điện nhiệt hạch thương mại vẫn chưa thể đi vào vận hành.