Con người đang tiến gần hơn bao giờ hết đến việc xây dựng một ngôi sao trên Trái đất và mở khóa nguồn năng lượng vô hạn

[Bùi Minh Nhật]

Trong hàng tỷ năm, Mặt Trời là lò phản ứng nhiệt hạch duy nhất trong hệ Mặt Trời, sử dụng áp lực hấp dẫn khổng lồ và nhiệt độ cực cao để hợp nhất các hạt nhân nguyên tử. Rồi con người quyết định thử làm điều tương tự, bằng một cỗ máy hình bánh rán gọi là tokamak. Một “ngôi sao nhân tạo” đang dần hình thành, và nó hứa hẹn nguồn năng lượng gần như vô hạn cho hơn 8 tỷ người trên Trái Đất.

Kể từ những năm 1950, năng lượng nhiệt hạch từng bị xem là giấc mơ xa vời, vì cần nhiệt độ cực cao và vật liệu đặc biệt. Câu nói đùa quen thuộc là nhiệt hạch luôn là “nguồn năng lượng của tương lai”. Nhưng trong vài năm gần đây, điều tưởng như bất khả thi đó đã bắt đầu thay đổi, khi các nhà khoa học đạt được những tiến bộ đáng kể trong việc hợp nhất các đồng vị hydro thành heli, giống như những gì Mặt Trời đã làm suốt 4,6 tỷ năm.

Những lò phản ứng tokamak đang phá kỷ lục​

Một loạt cải tiến kỹ thuật đã giúp các lò phản ứng tokamak duy trì plasma ở nhiệt độ cực cao trong thời gian dài hơn bao giờ hết. WEST ở Pháp, EAST ở Trung Quốc và KSTAR ở Hàn Quốc đều liên tục phá kỷ lục về thời gian giữ plasma ổn định. Điều này rất quan trọng vì phản ứng nhiệt hạch chỉ xảy ra trong trạng thái plasma, khi các nguyên tử mất electron của chúng.

Gần đây, lò phản ứng EAST đã vượt qua giới hạn Greenwald, rào cản lý thuyết về mật độ plasma trước khi mất ổn định. Cùng với WEST và KSTAR, các lò phản ứng thử nghiệm này đang đóng vai trò nền tảng cho dự án nhiệt hạch tham vọng nhất của nhân loại.

Dự án đó là ITER, lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm quốc tế ở miền nam nước Pháp, đại diện cho 35 quốc gia. ITER sẽ tích hợp những tiến bộ mới nhất trong vật lý và khoa học vật liệu vào một cỗ máy nặng 23.000 tấn, với mục tiêu chứng minh rằng một lò phản ứng có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ. Dù bị chậm tiến độ, dự án vẫn đạt các cột mốc quan trọng, trong đó có việc mô-đun cuối cùng của cuộn dây điện từ trung tâm, nam châm mạnh nhất thế giới, đã đến Pháp vào tháng 9 năm ngoái.

AI, vật liệu mới và làn sóng đầu tư​

Bên cạnh cải tiến phần cứng, trí tuệ nhân tạo đang giúp điều chỉnh động các trường từ tính trong plasma, bổ sung dữ liệu nhiệt hạch bị thiếu và xác định các “vùng an toàn” trong lò phản ứng. Những công cụ này đang giúp các nhà khoa học tiến nhanh hơn trong việc kiểm soát plasma hỗn loạn.

Một rào cản lớn khác là vật liệu. Việc duy trì plasma trong vài phút là một chuyện, nhưng làm điều đó ổn định, lâu dài và hiệu quả về chi phí lại là chuyện khác. Lò phản ứng nhiệt hạch cần các vật liệu chịu được nhiệt độ cao và dòng neutron mạnh. Để giải quyết bài toán này, MIT đã thành lập Phòng thí nghiệm Vật liệu trong Công nghệ Hạt nhân vào năm 2025, tập trung tìm kiếm các giải pháp vật liệu rẻ và bền cho các lò phản ứng thương mại tương lai.

Song song với khoa học, niềm tin và tiền bạc cũng đang đổ vào lĩnh vực này. Từ năm 2016 đến 2020, khu vực tư nhân chỉ đầu tư 1,5 tỷ đô la vào nhiệt hạch. Từ 2021 đến 2025, con số đó đã tăng lên gần 9 tỷ đô la. Các tập đoàn lớn như Google, Microsoft, Amazon và Meta đang tìm kiếm nguồn điện cho các trung tâm dữ liệu AI, trong khi các chính phủ muốn giảm khí thải carbon và hạn chế biến đổi khí hậu.

Tất cả những tiến bộ này không có nghĩa là Mặt Trời sắp mất vị thế độc quyền. Những rào cản kỹ thuật, khoa học và kinh tế vẫn còn rất lớn. Nhưng so với quãng chờ đợi 4,6 tỷ năm của tự nhiên, con đường đến năng lượng nhiệt hạch thương mại có thể sẽ ngắn hơn rất nhiều.(popularmechanics)

Unlimited Energy Is Closer Than You Think—Because We’re Finally ‘Building a Star’ on Earth

Scientists shattered fusion limits yet again, meaning once-unimaginable technology is now within reach.

www.popularmechanics.com