Lò phản ứng nhiệt hạch nóng gấp 10 lần Mặt trời

Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên khởi động thí nghiệm lò phản ứng nhiệt hạch mô phỏng hoạt động ở lõi Mặt trời tại Oxfordshire.

Hệ thống Mast Upgrade có thể khắc phục một số trở ngại nhằm cung cấp nguồn năng lượng sạch vô hạn. Phản ứng nhiệt hạch hay còn gọi là hợp hạch khác biệt với phản ứng phân hạch (công nghệ đang được sử dụng ở các nhà máy điện hạt nhân hiện nay) do giải phóng lượng năng lượng lớn kèm theo rất ít hoạt động phóng xạ. Cỗ máy trị giá 71 triệu USD mất tới 7 năm để chế tạo.

Bên trong lò tokamak hình cầu Mast Upgrade. (Ảnh: UKAEA).

Năng lượng hạt nhân hiện tại đến từ phản ứng phân hạch khi một nguyên tố hóa học nặng được chia nhỏ để tạo ra nguyên tố nhẹ hơn. Nhưng phản ứng hợp hạch hoạt động bằng cách kết hợp hai nguyên tố nhẹ thành nguyên tố nặng hơn. Đây là một nỗ lực nhằm mô phỏng quá trình xảy ra ở lõi Mặt trời. Khác với phản ứng phân hạch, phản ứng hợp hạch không sản sinh chất thải phóng xạ tồn tại trong thời gian dài và có thể thay đổi cách chúng ta sản xuất điện, đồng thời đối phó với khủng hoảng khí hậu.

Mast (Mega Amp Spherical Tokamak) Upgrade sử dụng một thiết kế tiên tiến gọi là lò tokamak hình cầu. Lò tokamak là một thiết bị hợp hạch sử dụng từ trường để giữ plasma, khí gas ion hóa cực nóng, bên trong buồng chứa. Luồng plasma này thúc đẩy nguyên tố nhẹ hợp nhất và tạo ra năng lượng. Phần lớn lò tokamaks có dạng hình khuyên. Nhưng ở Mast Upgrade, kích thước lỗ hình khuyên được thu nhỏ hết mức có thể, khiến plasma có mặt cắt gần như là hình cầu. Theo Giáo sư Ian Chapman, giám đốc điều hành Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh (UKAEA), luồng plasma đầu tiên trong cỗ máy đánh dấu quá trình nỗ lực tiến gần hơn tới xây dựng nhà máy điện hợp hạch của Anh.

Trung tâm Năng lượng Hợp hạch Culham là nơi đặt cả Mast Upgrade và một cỗ máy mang tên JET (Joint European Torus). JET sử dụng thiết kế truyền thống hơn, và là tiền thân của hệ thống hợp hạch quốc tế trị giá hàng tỷ USD gọi là ITER. ITER là một trong những thí nghiệm khoa học lớn nhất thế giới, thực hiện phản ứng hợp hạch ở quy mô lớn.

Giáo sư Chapman cho rằng thách thức lớn nhất phía sau lò tokamak hình cầu là nhiên liệu cần nóng gấp 10 lần Mặt trời. Các kỹ sư và nhà vật lý ở Culham đã thiết kế một hệ thống xả phức tạp có tên Super-X divertor dùng cho Mast Upgrade. Hệ thống này sẽ dẫn plasma ra khỏi cỗ máy ở tốc độ đủ thấp để vật liệu có thể chịu được, giúp các bộ phận hoạt động bền hơn.