MIT lập kỉ lục mới về áp suất plasma
Các nhà khoa học ở Viện công nghệ Massachussetts (MIT) vừa tạo ra áp suất plasma lớn nhất từng được ghi nhận với lò phản ứng Alcator C-Mod, mang lại bước đột phá cho công nghệ năng lượng sạch.
Bên trong lò phản ứng Alcator C-Mod của Viện công nghệ Massachussets (MIT), nơi phá vỡ kỉ lục áp suất plasma của thiết bị
tổng hợp hạt nhân từ tính. Ảnh: MIT.
Nhóm nghiên cứu tại Viện công nghệ Massachussetts (MIT) đã tạo ra áp suất plasma lớn nhất từng được ghi nhận, bằng cách sử dụng lò phản ứng nhiệt hạch hạt nhân tokamak Alcator C-Mod ở đây. Áp suất cao và nhiệt độ cực lớn là những yếu tố vô cùng quan trọng trong việc tổng hợp các nguyên tử để giải phóng một lượng năng lượng lớn.
Năng lượng của Mặt trời được tạo ra bởi phản ứng nhiệt hạch hạt nhân và từ lâu, nhiệt hạch hạt nhân cũng được coi là giải pháp cuối cùng để cung cấp năng lượng cho thế giới đồng thời ngăn chặn được biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, như những người hồ nghi về nhiệt hạch hạt nhân thường nói từ nhiều năm nay, hiện thực này phải mất một-hai thập kỷ nữa mới đạt được.
Giờ đây, các nhà khoa học tại MIT đã tăng được áp suất plasma kỉ lục lên hơn hai đơn vị atmospheres, tức 16% so với kỉ lục được lập trước đó vào năm 2005, ở mức 35 triệu độ C và kéo dài trong hai giây. Bước đột phá này đã được công bố tại Hội nghị thượng đỉnh về nhiệt hạch của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA tại Nhật Bản hôm thứ Hai, 17/10/2016.
Nhiệt hạch thành công có nghĩa là thu được nhiều năng lượng hơn năng lượng đầu vào, và điều này đòi hỏi sự kết hợp áp suất, nhiệt độ và thời gian để vượt qua một trị số tới hạn mà tại điểm đó phản ứng trở nên tự duy trì được. Điều này vẫn còn khá khó thực hiện nhưng kỉ lục của MIT cho thấy rằng việc sử dụng từ trường cao để giam giữ khối plasma có thể là hướng đi hứa hẹn nhất cho các lò phản ứng nhiệt hạch hạt nhân trên thực tế.
Theo ông Dale Meade, cựu phó giám đốc Phòng thí nghiệm Vật lí Plasma Princeton thì, “Đây là một thành tựu đáng ghi nhận. Áp suất plasma kỉ lục này xác nhận phương pháp từ tính cao là một con đường hấp dẫn đối với năng lượng nhiệt hạch trên thực tế.”
Theo Giáo sư Riccardo Betti tại Đại học Rochester, New York, thì “Kết quả này khẳng định rằng áp suất cao cần thiết cho việc nung nóng plasma có thể đạt được kết quả tốt nhất với lò tokamak có từ trường cao như Alcator C-Mod”.
Tuy nhiên, kỉ lục thế giới này đạt được vào ngày cuối cùng vận hành lò tokamak của MIT, do nguồn tài trợ từ Bộ Năng lượng Mĩ hiện đã kết thúc. Mĩ, cùng với Liên minh châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc, Nga và Nhật Bản giờ đây đang chuyển hướng nguồn đầu tư cho nhiệt hạch của mình vào Dự án Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạt nhân Quốc tế (ITER).
Lò tokamak khổng lồ cao bảy tầng này đang được xây ở miền nam nước Pháp, với các tấm nam châm nặng tương đương với máy bay Boeing 747. Thể tích thiết bị tokamak [thiết bị tạo ra từ trường hình xuyến để giam plasma bên trong] của dự án ITER sẽ lớn hơn 800 lần so với thùng lò phản ứng của MIT. ITER dự kiến được hoàn thành trong 15 đến 20 năm tới và đặt mục tiêu cung cấp 500 MW điện, tương đương với những lò phản ứng phân hạch lớn hiện nay. Nhưng dự án này đang bị chậm tiến độ.
Trong khi đó, có rất nhiều công ty tư nhân hi vọng phát triển những lò phản ứng nhiệt hạch quy mô nhỏ. Có thể kể đến Tokamak Energy, một sản phẩm của phòng thí nghiệm nhiệt hạch quốc gia của Anh, trong đó sử dụng những chất siêu dẫn chịu được nhiệt độ cao để tạo ra từ trường giam giữ plasma nhiệt hạch bên trong. Thiết bị tokamak của MIT thì sử dụng các tấm nam châm bằng đồng, tốn điện hơn.
Theo Tiến sĩ David Kingham, Giám đốc điều hành của Tokamak Energy, khía cạnh quan trọng của kỉ lục thế giới mà MIT thiết lập là nó cho thấy có thể tạo ra những điều kiện cực trị trong những thiết bị tokamak nhỏ; thể tích của thiết bị tokamak của MIT chỉ có một mét khối. “Quan điểm truyền thống thì cho rằng thiết bị tokamak phải lớn [như của ITER] thì mới mạnh. Những người ở MIT không đồng ý với quan điểm đó, chúng tôi cũng vậy”, ông nói. Mục tiêu của Kingham là những lò phản ứng nhỏ gọn của công ty ông sản xuất được dòng điện đầu tiên vào năm 2025.
Ngay cả những công ty đối thủ cũng ủng hộ lò phản ứng nhiệt hạch nhỏ, trong đó có nhóm Skunk Works nổi tiếng của Lockheed Martin. Năm 2014, họ nói sẽ xây một nhà máy nhiệt hạch có kích cỡ bằng một chiếc xe tải trong một thập niên tới, nhưng họ bị chỉ trích vì cung cấp quá ít chi tiết.
Những công ty khác trong lĩnh vực nhiệt hạch hạt nhân có Tri Alpha Energy, công ty khai thác công nghệ gia tốc hạt và được Paul Allen, nhà đồng sáng lập Microsoft, ủng hộ. General Fusion, công ty sử dụng một cuộn xoáy chì nóng chảy để giam khối plasma, thì được Jeff Bezos của Amazon ủng hộ. Helion Energy, First Light Fusion và Dynomak của Đại học Washington cũng theo đuổi giấc mơ nhiệt hạch.
Theo Giáo sư Dennis Whyte, Giám đốc Trung tâm Nhiệt hạch và Khoa học Plasma của MIT, ngay cả những những tiếp cận hẹp hơn, không sử dụng thiết bị tokamak, dù kém phổ biến hơn vẫn có thể hứa hẹn. “Những thiết bị tokamak nhỏ gọn, từ tính cao đang mang lại cơ hội đầy hứng khởi cho việc thúc đẩy phát triển năng lượng nhiệt hạch, để có thể kịp thời tạo ra thay đổi đối với những vấn đề như biến đổi khí hậu và tương lai của năng lượng sạch, những mục tiêu mà tôi nghĩ tất cả chúng ta cùng hướng tới”, ông nói.
Vũ Thanh Nhàn lược dịch
