Quốc gia phá kỷ lục với lò phản ứng duy trì plasma 50 triệu độ C trong 6 phút, được gọi là 'Mặt trời nhân tạo'

Theo Business Insider, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm vật lý plasma Princeton (PPPL) ở bang New Jersey đã công bố thành công của họ vào ngày 6/5. Thiết bị của họ đã tạo ra plasma ở nhiệt độ 50 triệu độ C trong 6 phút liên tục, một kỷ lục thế giới mới đối với thiết bị như WEST. Mặc dù mục tiêu cuối cùng là duy trì plasma siêu nóng trong nhiều giờ, thành công này vẫn là một bước quan trọng trong nghiên cứu plasma.

WEST là một loại lò tokamak, có hình dạng như một chiếc bánh vòng lớn với kích thước tương đương với căn phòng rộng 2,4x2,4m và trần cao 2,4m. Được tạo ra với mục đích sản sinh năng lượng giống như Mặt trời, WEST và các lò tokamak khác được giới khoa học thế giới gọi là "Mặt trời nhân tạo". Luis Delgado-Aparicio, giám đốc dự án cao cấp tại PPPL, cho biết kỷ lục mới này là một bước tiến lớn trong việc thực hiện mục tiêu khó khăn của họ - tạo ra Mặt trời trên Trái Đất.

Phản ứng nhiệt hạch là nguyên nhân khiến Mặt trời hoạt động, trong đó các hạt nhân nguyên tử kết hợp và phát ra năng lượng, khác với quá trình phân hạch ở các lò phản ứng hạt nhân hiện nay, khi hạt nhân nguyên tử tách ra và tạo ra năng lượng. Năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch mạnh hơn bất kỳ dạng năng lượng nào hiện có, có thể sản xuất năng lượng lớn trên mỗi kilogram nhiên liệu, gấp gần 4 triệu lần so với nhiên liệu hóa thạch và không tạo ra khí thải carbon.

Mặc dù WEST không được sử dụng để tạo ra điện từ phản ứng nhiệt hạch để cung cấp cho các hộ gia đình, lò phản ứng thử nghiệm này đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng nền móng cho các lò phản ứng thương mại trong tương lai. WEST có nhiều điểm tương đồng với ITER, lò phản ứng lớn đang được xây dựng ở miền Nam nước Pháp.

ITER cũng là lò tokamak lớn nhất thế giới có thể duy trì việc đốt plasma khi hoàn thành. Tạo ra hỗn hợp tự đốt nóng như vậy là bước quan trọng để khai thác sức mạnh của phản ứng nhiệt hạch cho mục đích thương mại. Tuy nhiên, do vấn đề liên quan đến chi phí và công nghệ, thời điểm hoàn thành của ITER vẫn còn không chắc chắn. Trong khi đó, các cơ sở khác, bao gồm WEST, đang tiến hành thí nghiệm để tìm ra cách tốt nhất để vận hành các lò phản ứng lớn. ITER và WEST nằm gần nhau và các thí nghiệm tại WEST có thể được áp dụng trực tiếp cho ITER, theo Delgado-Aparicio.

Để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch trên Trái đất, nhiên liệu phải đạt đến nhiệt độ tối thiểu là 50 triệu độ C. Một trong những thách thức chính mà các lò nhiệt hạch phải đối mặt là việc cung cấp một lượng năng lượng khổng lồ để tạo ra nhiệt độ cực cao đó. Cho đến nay, các lò phản ứng chưa thể duy trì plasma trong thời gian đủ lâu để đạt được năng lượng dư có thể sử dụng thương mại. Thường thì, các lò phản ứng nhiệt hạch tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với mức họ tạo ra. Sự tiến bộ mới nhất của WEST không phải là ngoại lệ. Tuy nhiên, cơ sở này đã sản xuất nhiều năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch hơn 15% so với các thử nghiệm trước và plasma cũng đặc hơn gấp đôi.

WEST hiện đang hỗ trợ các nhà khoa học trong việc kiểm tra vật liệu tốt nhất để xây dựng tường cho các lò phản ứng nhiệt hạch, vì môi trường này có thể đạt được nhiệt độ gấp hơn ba lần lõi Mặt trời. Ban đầu, WEST sử dụng tường carbon. Mặc dù carbon dễ xử lý, nhưng nó cũng hấp thụ tritium, một loại hydro hiếm được sử dụng làm nhiên liệu trong phản ứng nhiệt hạch.

Do đó, vào năm 2012, các nhà khoa học đã quyết định thử nghiệm một loại vật liệu khác là tungsten, cũng là vật liệu mà lò ITER sẽ sử dụng cho một số bộ phận chính. Bởi tungsten có khả năng chịu nhiệt mà không hấp thụ tritium, Delgado-Aparicio tin rằng đây là vật liệu lý tưởng cho việc xây dựng lò tokamak. Tuy nhiên, tungsten không phải là hoàn hảo, một trong những hạn chế của nó là có thể tan chảy và gây ô nhiễm cho plasma. Để tối ưu hóa hệ thống, nhóm nghiên cứu cần phải hiểu rõ hơn về cách tungsten hoạt động và tương tác với plasma thông qua các thí nghiệm trên WEST.

Các chuyên gia tại PPPL đã điều chỉnh một công cụ chẩn đoán để sử dụng trong thí nghiệm mới nhất của WEST. Công cụ này giúp họ đo chính xác nhiệt độ của plasma để hiểu rõ hơn về cách tungsten chuyển từ tường thiết bị vào plasma. PPPL dự định sẽ công bố kết quả của thí nghiệm này trên các tạp chí chuyên ngành trong vài tuần tới.

*Theo Business Insider

>> Lò phản ứng hạt nhân duy nhất Việt Nam: Đã khai thác 70.000 giờ