Cột mốc mới trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch

Pháp đã thiết lập một kỷ lục mới trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch, duy trì một phản ứng plasma trong hơn 22 phút.

Thành tích này được ghi nhận tại lò phản ứng nhiệt hạch WEST Tokamak, do Ủy ban Năng lượng nguyên tử và Năng lượng thay thế Pháp (CEA) vận hành.

Lò phản ứng nhiệt hành Tokamak của CEA đã đạt được kỷ lục duy trì plasma trong 1.337 giây, vượt qua mốc 1.066 giây của Trung Quốc, cải thiện 25% và phá vỡ mốc cơ bản 10 giây trước đó.

"Đột phá này chứng tỏ kiến thức về plasma và khả năng kiểm soát công nghệ plasma trong thời gian dài đã tiến bộ vượt bậc, đồng thời mang lại hy vọng rằng plasma nhiệt hạch có thể được ổn định lâu hơn trong các lò phản ứng như ITER (Lò phản ứng nhiệt hạch thí nghiệm quốc tế)", CEA cho biết trong một thông cáo.

Nỗ lực tiến gần hơn đến các điều kiện của plasma nhiệt hạch trong tương lai

Đối với các thiết bị như ITER, nơi cần duy trì plasma nhiệt hạch trong vài phút, việc đạt được những khoảng thời gian như vậy là một cột mốc quan trọng.

Theo CEA, mục tiêu cuối cùng là kiểm soát plasma đồng thời đảm bảo rằng, bất kỳ thành phần nào tiếp xúc với plasma đều có thể chịu đựng được bức xạ mà không bị hư hại hoặc gây ô nhiễm cho plasma.

Điều này giải thích kỷ lục hiện tại và cũng là mục tiêu mà các nhà nghiên cứu của CEA hy vọng đạt được. Để tiến gần hơn đến các điều kiện của plasma nhiệt hạch trong tương lai, nhóm nghiên cứu WEST sẽ tăng cường nỗ lực trong vài tháng tới, không chỉ để duy trì plasma trong thời gian dài lên đến vài giờ tổng cộng mà còn để làm nóng plasma đến nhiệt độ cao hơn nữa.

WEST, một cơ sở của CEA, tận dụng kinh nghiệm nhiều thập kỷ trong nghiên cứu plasma dựa trên tokamak. Cơ sở này thu hút các nhà khoa học quốc tế, những người sử dụng các cuộn dây siêu dẫn và các thành phần làm mát chủ động của WEST để thực hiện các thí nghiệm plasma kéo dài.

WEST là một phần của nỗ lực quốc tế rộng lớn hơn trong lĩnh vực nhiệt hạch, cùng với các dự án như JT-60SA của Nhật Bản, EAST của Trung Quốc, KSTAR của Hàn Quốc và Joint European Torus (JET) đã đóng cửa tại Vương quốc Anh, nơi giữ kỷ lục về năng lượng nhiệt hạch. Các nhà nghiên cứu của CEA cũng đóng góp vào ITER, sáng kiến nhiệt hạch toàn cầu hàng đầu.

Theo Anne-Isabelle Etienvre, Giám đốc Nghiên cứu tại CEA, WEST đã đạt được một cột mốc công nghệ quan trọng bằng cách duy trì plasma hydro trong hơn 20 phút nhờ vào việc bơm 2 MW công suất gia nhiệt. Các thí nghiệm sẽ tiếp tục với công suất gia tăng. Thành công xuất sắc này giúp cả WEST và cộng đồng Pháp dẫn đầu trong việc sử dụng ITER trong tương lai.

Thách thức trong sản xuất năng lượng nhiệt hạch

Năng lượng nhiệt hạch nhắm đến việc kiểm soát plasma, vốn rất không ổn định, mang lại một nguồn năng lượng hiệu quả cao với việc sử dụng nhiên liệu tối thiểu và không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài.

Trong các kỹ thuật nhiệt hạch, duy trì plasma bằng từ trường là phương pháp tiên tiến nhất.

Phương pháp này giữ plasma trong một buồng hình toro bằng các trường từ mạnh, làm nóng nó cho đến khi các hạt nhân hydro kết hợp với nhau. Lò phản ứng JET đã chứng minh khả năng sản xuất năng lượng nhiệt hạch đạt 15 MW trong vài giây.

Pháp, nơi đặt cả WEST và ITER, đang sẵn sàng tiếp nhận lò phản ứng nhiệt hạch mẫu. Năng lượng nhiệt hạch, dựa trên các phản ứng hạt nhân, có sự tương thích với công nghệ phân hạch, đặc biệt là trong các ứng dụng liên quan đến neutron.

Tuy nhiên, việc sản xuất năng lượng nhiệt hạch quy mô lớn gặp phải những thách thức đáng kể như các yêu cầu về cơ sở hạ tầng, các vấn đề công nghệ chưa được giải quyết và những lo ngại về nhiệt hạch khó có thể đóng góp đáng kể vào mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050.

Trong các kỹ thuật nhiệt hạch, duy trì plasma bằng từ trường là phương pháp tiên tiến nhất. Phương pháp này giữ plasma trong một buồng hình toro bằng các trường từ mạnh, làm nóng nó cho đến khi các hạt nhân hydro kết hợp với nhau. Lò phản ứng JET đã chứng minh khả năng sản xuất năng lượng nhiệt hạch đạt 15 MW trong vài giây.