Mặt trời nhân tạo của Pháp lập kỷ lục plasma

326

Một lò phản ứng ở miền nam nước Pháp tạo ra và duy trì plasma nóng 50 triệu độ C trong 6 phút liên tục, đạt cột mốc quan trọng giúp biến năng lượng nhiệt hạch thành hiện thực.

Các nhà khoa học ở Phòng thí nghiệm vật lý plasma Princeton (PPPL), bang New Jersey, hôm 6/5 thông báo thiết bị tạo ra vật chất siêu nóng gọi là plasma ở nhiệt độ 50 triệu độ C trong 6 phút liên tục, theo Business Insider. Mục tiêu cuối cùng là duy trì plasma siêu nóng trong nhiều giờ, nhưng 6 phút vẫn là kỷ lục thế giới mới đối với thiết bị như WEST. Các lò phản ứng hạt nhân khác tương tự WEST tạo ra plasma nóng hơn nhưng không tồn tại lâu như vậy.

WEST là một lò tokamak. Đây là lò phản ứng nhiệt hạch hình bánh vòng lớn cỡ căn phòng rộ 2,4 x 2,4 m với trần cao 2,4 m, sản sinh cùng loại năng lượng như Mặt trời. Đó là lý do giới khoa học gọi những cỗ máy này là "Mặt trời nhân tạo". "Những gì chúng tôi đang cố gắng thực hiện là tạo ra Mặt trời trên Trái đất", Luis Delgado-Aparicio, giám đốc dự án cao cấp của PPPL, chia sẻ. "Đó là một thách thức cực kỳ lớn", nhưng kỷ lục mới cho thấy họ đang đi đúng hướng.

Bên trong lò phản ứng WEST. (Ảnh: PPPL)

Mặt trời hoạt động nhờ phản ứng nhiệt hạch (trong đó hạt nhân nguyên tử kết hợp và giải phóng năng lượng), khác với quá trình phân hạch (khi hạt nhân nguyên tử tách ra và tạo ra năng lượng) ở những lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động hiện nay. Năng lượng nhiệt hạch mạnh hơn bất kỳ dạng năng lượng nào mà chúng ta có ngày nay. Nếu con người có thể khai thác phản ứng nhiệt hạch, nó có thể sản xuất năng lượng trên mỗi kilogram nhiên liệu nhiều gấp gần 4 triệu lần so với nhiên liệu hóa thạch và không thải carbon.

Tuy WEST không được sử dụng để sản xuất điện nhiệt hạch cung cấp cho các hộ gia đình, lò phản ứng thử nghiệm này giúp đặt nền móng cho các lò phản ứng thương mại trong tương lai. WEST có nhiều điểm chung với ITER, lò phản ứng đang được xây dựng ở miền nam nước Pháp, đồng thời là lò tokamak lớn nhất thế giới có thể tự duy trì đốt plasma khi hoàn thành. Việc tạo ra hỗn hợp tự đốt nóng như vậy là bước cần thiết để khai thác sức mạnh của phản ứng nhiệt hạch cho mục đích thương mại. Tuy nhiên, do vấn đề chi phí và công nghệ, chưa rõ khi nào ITER sẽ hoàn thành. Trong khi đó, các cơ sở khác, bao gồm WEST, đang tiến hành thí nghiệm để tìm ra cách tốt nhất nhằm vận hành lò phản ứng khổng lồ. ITER và WEST nằm khá gần nhau và thí nghiệm ở WEST có thể áp dụng trực tiếp với ITER, theo Delgado-Aparicio.

Để phản ứng nhiệt hạch xảy ra trên Trái đất, nhiên liệu cần đạt nhiệt độ ít nhất 50 triệu độ C. Một trong những trở ngại chính mà lò nhiệt hạch cần đối mặt là cần năng lượng khổng lồ để tạo ra nhiệt độ cao cực hạn. Tính đến nay, các lò phản ứng không thể duy trì plasma đủ lâu để đạt thặng dư năng lượng có thể sử dụng thương mại. Hiện nay, lò phản ứng nhiệt hạch thường tiêu thụ nhiều năng lượng hơn mức tạo ra. Đột phá mới nhất của WEST không phải ngoại lệ. Tuy nhiên, cơ sở sản xuất nhiều năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch hơn 15% so với những lần thử trước đó và plasma cũng đặc hơn gấp hai lần.

WEST đang giúp nhà khoa học kiểm tra vật liệu tốt nhất để xây dựng tường lò phản ứng nhiệt hạch do môi trường này có thể đạt nhiệt độ nóng gấp hơn 3 lần lõi Mặt trời. Ban đầu, WEST bao gồm tường carbon. Tuy carbon rất dễ xử lý, nó cũng hấp thụ tritium, một đồng vị hydro hiếm dùng làm nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch.

Vì vậy, năm 2012, các nhà khoa học quyết định thử nghiệm một loại vật liệu khác làm tường lò tokamak, đó là tungsten. Đó cũng là vật liệu mà lò ITER sẽ sử dụng cho một số bộ phận chính. Do tungsten có khả năng chịu nhiệt mà không hấp thụ tritium, Delgado-Aparicio cho rằng đó là vật liệu lý tưởng để làm thành lò tokamak. Tuy nhiên, tungsten không hoàn hảo, một trong những hạn chế của nó là có thể tan chảy và làm ô nhiễm plasma. Để tối ưu hóa hệ thống, nhóm nghiên cứu cần hiểu chính xác tungsten hoạt động và tương tác với plasma như thế nào thông qua WEST.

Nhóm chuyên gia ở PPPL điều chỉnh một công cụ chẩn đoán để sử dụng trong thí nghiệm mới nhất từ WEST. Công cụ này giúp họ đo chính xác nhiệt độ plasma nhằm hiểu rõ hơn tungsten chuyển từ tường thiết bị tới plasma như thế nào. PPPL cho biết họ sẽ công bố kết quả thí nghiệm trên tạp chí chuyên ngành trong vài tuần tới.

Cập nhật: 08/05/2024 VnExpress