Dự án nhiệt hạch hạt nhân ITER: Khởi động giai đoạn lắp ráp các thiết bị
Dự án nhiệt hạch hạt nhân lớn nhất thế giới bắt đầu giai đoạn lắp ráp trong vòng 5 năm tại miền Nam nước Pháp, dự kiến sẽ tạo ra plasma cực nóng lần đầu tiên vào cuối năm 2025. Dự án nhằm chứng minh có thể tạo ra điện nhiệt hạch – nguồn năng lượng sạch ở quy mô thương mại.
Bộ phận đầu tiên của lò phản ứng Iter tokamak đang được lắp đặt phần bên dưới. Toàn bộ lò phản ứng nặng khoảng 23.000 tấn. Nguồn: EJF Riche/Iter
Dự án Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER) trị giá 20 tỷ Euro (18,2 tỷ bảng) được kì vọng là bản sao của mặt trời, tái tạo những phản ứng như tổng hợp hạt nhân, hứa hẹn cung cấp nguồn năng lượng sạch và vô hạn. Dù đã trải qua 60 năm nghiên cứu, các nhà khoa học vẫn chưa vượt qua được những thách thức về kỹ thuật khi các dạng lò như vậy ngốn lượng năng lượng cực khủng.
“Cỗ máy” khổng lồ này được lắp ráp bởi hàng triệu linh kiện với trọng lượng 23.000 tấn. Dự án là những nỗ lực chuẩn bị không biết mệt mỏi của các nhà khoa học cho kỹ thuật phức tạp nhất trong lịch sử. 200km dây siêu dẫn sẽ kết nối gần 3.000 tấn nam châm siêu dẫn, nặng hơn một chút so với “nữ hoàng bầu trời” – máy bay phản lực cỡ lớn (jumbo jet); tất cả được giữ ở âm 269 độ C tại nhà máy đông lạnh lớn nhất thế giới.
Tổng thống Pháp, Emmanuel Macron, đã phát động giai đoạn lắp ráp của đại dự án. Song hành cùng ông là các nhân vật cấp cao như các thành viên ITER, EU, Anh, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Mỹ. Thủ tướng Nhật Bản, Shinzo Abe tin tưởng những đổi mới mang tính đột phá sẽ đóng vai trò quan trọng để giải quyết các vấn đề toàn cầu bao gồm thay đổi khí hậu và hiện thực hóa một xã hội bền vững không các-bon.
Ông Bernard Bigot, Tổng giám đốc ITER ca ngợi việc sử dụng được nguồn năng lượng sạch và có một không hai như mục đích của dự án nhiệt hạch sẽ là phép màu đối với hành tinh chúng ta. Ông cho biết, bên cạnh năng lượng tái tạo, nhiệt hạch sẽ tạo ra nguồn điện chạy liên tục phục vụ cho giao thông, các tòa nhà và các ngành công nghiệp.
Tuy nhiên, ông cho rằng, lắp từng bộ phận cho “cỗ máy” sẽ giống như ráp một mô hình 3D theo tiến trình rối beng, phức tạp mà vẫn phải đảm bảo độ chính xác của một chiếc đồng hồ Thụy Sĩ. Dự án ITER hình thành vào năm 1985 nhưng đã bị trì hoãn nhiều lần.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân giải phóng ra năng lượng khổng lồ khi các nguyên tử hydro nặng hợp nhất với nhau, nhưng đòi hỏi nhiệt độ nung nóng lên tới 150 triệu độ C, nóng gấp 10 lần so với lõi của mặt trời. Nhiên liệu hydro được lấy từ nước biển; chỉ cần một vài gram nhưng bắt buộc phải có những khối nam châm khổng lồ để chứa plasma cực nóng trong buồng chân không hình vòng xuyến được gọi là tokamak.
Giống như các lò phản ứng phân hạch hạt nhân thông thường, bản thân quá trình nhiệt hạch không phát ra CO2 làm khí hậu nóng lên, mặt khác, các lò phản ứng nhiệt hạch không tan chảy và tạo ra lượng chất thải phóng xạ ít hơn nhiều.
ITER sẽ là dự án đầu tiên đạt tới dòng plasma tự duy trì đốt nóng (self-heating) và dự kiến tạo ra nhiệt lượng gấp 10 lần so với lượng nhiệt được đưa vào, nhiều hơn bất kỳ nỗ lực thử nghiệm nào trước đó. Khi hoạt động, dự án sẽ tiêu tốn lượng điện đáng kể cho nam châm và các công cụ khoa học, tuy nhiên, đây là dự án thử nghiệm để kiểm tra tính khả thi của lò nhiệt hạch quy mô lớn, không phải thiết kế cho lò phản ứng thương mại trong tương lai.
Trong số các bộ phận đang được lắp ráp có máy điều lạnh với đường kính 30 mét, do Ấn Độ sản xuất, bao quanh lò phản ứng và giữ lò ở nhiệt độ cực thấp. Một thành phần quan trọng do Mỹ chế tạo, Central solenoid, là loại nam châm điện tạo ra từ trường cực mạnh, đủ mạnh để nâng một tàu sân bay.
Rất nhiều công ty tư nhân theo đuổi dự án về tổng hợp hạt nhân thông qua các thiết bị nhỏ hơn nhiều, như công ty Tokamak Energy có trụ sở tại Anh và đã huy động được 117 triệu bảng đầu tư. Phó Chủ tịch điều hành Tokamak Energy, ông David Kingham bày tỏ niềm hân hoan trước những tiến bộ tại ITER và coi đây là một dự án khoa học tuyệt vời, một minh chứng kinh điển cho các thiết bị tokamak. Tuy vậy, ông cho rằng, dự án vẫn có thể đạt được những tiến bộ nhanh hơn nữa, do nhu cầu năng lượng không các-bon tăng mạnh cùng nỗ lực hỗ trợ từ phía đầu tư tư nhân, thiết kế mô-đun, vật liệu mới và các công nghệ tiên tiến. Theo các kỹ sư của ITER, siêu dự án của họ là nơi hội tụ những công nghệ đã qua chứng minh, xác thực.
Các công ty tổng hợp hạt nhân khác phải kể đến là Tri Alpha Energy hiện khai thác công nghệ máy gia tốc hạt và đang hợp tác với Google, General Fusion – những công ty sử dụng hệ xoáy chì và lithi nóng chảy để chứa plasma và được hỗ trợ bởi ông chủ của Công ty Amazon, Jeff Bezos và First Light Fusion.
Phạm Thị Thu Trang/VINATOM dịch
