Hoàng Anh
Writer
Một cột mốc kỹ thuật quan trọng vừa đạt được tại dự án Lò phản ứng Nhiệt hạch Thử nghiệm Quốc tế (ITER) đang được xây dựng tại miền nam nước Pháp: cuộn solenoid trung tâm (central solenoid) – bộ phận được ví như "trái tim" của lò phản ứng tokamak khổng lồ này – đã hoàn tất chế tạo và sẵn sàng cho việc lắp đặt. Đây là nam châm điện siêu dẫn lớn nhất và mạnh nhất từng được chế tạo, có vai trò then chốt trong việc khởi động và duy trì các phản ứng nhiệt hạch, hứa hẹn một nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận cho tương lai.
Siêu nam châm và "cái lồng" từ trường
Cuộn solenoid trung tâm của ITER là một kỳ quan kỹ thuật thực sự, bao gồm 6 module riêng lẻ với tổng trọng lượng khi lắp ráp lên tới gần 3.000 tấn. Khi hoạt động, nó sẽ tạo ra một từ trường cực mạnh, đủ sức nâng một khối lượng tương đương 10 chiếc xe tải lớn. Sức mạnh này là cần thiết để tạo ra và duy trì một "lá chắn vô hình" bằng từ trường, giam giữ và định hình dòng plasma siêu nóng bên trong lò phản ứng.
ITER là một lò phản ứng nhiệt hạch dạng tokamak (buồng hình xuyến với các cuộn dây từ). Nguyên lý hoạt động của nó là ion hóa vài gram nhiên liệu deuterium và tritium (đồng vị của hydro) thành trạng thái plasma. Sau đó, plasma này được gia nhiệt lên tới hơn 150 triệu độ C – nóng gấp 10 lần lõi Mặt Trời.
Ở nhiệt độ khủng khiếp này, các hạt nhân nguyên tử trong plasma sẽ thắng lực đẩy điện từ và hợp nhất lại với nhau (phản ứng nhiệt hạch), giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Toàn bộ hệ thống 10.000 tấn nam châm siêu dẫn của ITER (với tổng năng lượng tích trữ 51 gigajoule) sẽ giữ cho plasma không chạm vào thành lò, đồng thời giúp duy trì nhiệt độ và mật độ cần thiết cho phản ứng. Mục tiêu của ITER là tạo ra 500 megawatt điện từ chỉ 50 megawatt công suất nhiệt đầu vào, tức là gấp 10 lần.
Thách thức và hy vọng
Dự án ITER, với sự hợp tác của hơn 30 quốc gia trong hơn 40 năm, đã đối mặt với không ít thách thức về hậu cần, kỹ thuật, chi phí và những thay đổi địa chính trị. Sau khi module cuối cùng của cuộn solenoid trung tâm được hoàn thành, công việc tiếp theo là lắp đặt các bộ phận còn lại của lò phản ứng và chuẩn bị cho các thử nghiệm. Tuy nhiên, do các trì hoãn, giai đoạn "đốt lửa" để tạo ra plasma đầu tiên của ITER có thể sẽ không diễn ra trước năm 2033.
Dù vậy, ITER vẫn là hiện thân cho tiềm năng to lớn của năng lượng nhiệt hạch và là nỗ lực hợp tác khoa học quốc tế quy mô nhất từ trước đến nay nhằm tìm kiếm một giải pháp năng lượng bền vững cho nhân loại. Việc hoàn thành "trái tim" của lò phản ứng là một bước tiến quan trọng, tiếp thêm hy vọng cho tương lai của công nghệ tokamak và giấc mơ làm chủ "Mặt Trời trong lòng đất".
Siêu nam châm và "cái lồng" từ trường
Cuộn solenoid trung tâm của ITER là một kỳ quan kỹ thuật thực sự, bao gồm 6 module riêng lẻ với tổng trọng lượng khi lắp ráp lên tới gần 3.000 tấn. Khi hoạt động, nó sẽ tạo ra một từ trường cực mạnh, đủ sức nâng một khối lượng tương đương 10 chiếc xe tải lớn. Sức mạnh này là cần thiết để tạo ra và duy trì một "lá chắn vô hình" bằng từ trường, giam giữ và định hình dòng plasma siêu nóng bên trong lò phản ứng.
ITER là một lò phản ứng nhiệt hạch dạng tokamak (buồng hình xuyến với các cuộn dây từ). Nguyên lý hoạt động của nó là ion hóa vài gram nhiên liệu deuterium và tritium (đồng vị của hydro) thành trạng thái plasma. Sau đó, plasma này được gia nhiệt lên tới hơn 150 triệu độ C – nóng gấp 10 lần lõi Mặt Trời.
Ở nhiệt độ khủng khiếp này, các hạt nhân nguyên tử trong plasma sẽ thắng lực đẩy điện từ và hợp nhất lại với nhau (phản ứng nhiệt hạch), giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Toàn bộ hệ thống 10.000 tấn nam châm siêu dẫn của ITER (với tổng năng lượng tích trữ 51 gigajoule) sẽ giữ cho plasma không chạm vào thành lò, đồng thời giúp duy trì nhiệt độ và mật độ cần thiết cho phản ứng. Mục tiêu của ITER là tạo ra 500 megawatt điện từ chỉ 50 megawatt công suất nhiệt đầu vào, tức là gấp 10 lần.
Thách thức và hy vọng
Dự án ITER, với sự hợp tác của hơn 30 quốc gia trong hơn 40 năm, đã đối mặt với không ít thách thức về hậu cần, kỹ thuật, chi phí và những thay đổi địa chính trị. Sau khi module cuối cùng của cuộn solenoid trung tâm được hoàn thành, công việc tiếp theo là lắp đặt các bộ phận còn lại của lò phản ứng và chuẩn bị cho các thử nghiệm. Tuy nhiên, do các trì hoãn, giai đoạn "đốt lửa" để tạo ra plasma đầu tiên của ITER có thể sẽ không diễn ra trước năm 2033.
Dù vậy, ITER vẫn là hiện thân cho tiềm năng to lớn của năng lượng nhiệt hạch và là nỗ lực hợp tác khoa học quốc tế quy mô nhất từ trước đến nay nhằm tìm kiếm một giải pháp năng lượng bền vững cho nhân loại. Việc hoàn thành "trái tim" của lò phản ứng là một bước tiến quan trọng, tiếp thêm hy vọng cho tương lai của công nghệ tokamak và giấc mơ làm chủ "Mặt Trời trong lòng đất".
