Lò phản ứng Wendelstein 7-X phá kỷ lục: Bước tiến mới cho năng lượng sạch từ phản ứng nhiệt hạch

[Bui Nhat Minh]

Một bước đột phá vừa diễn ra tại Đức, nơi lò phản ứng nhiệt hạch Wendelstein 7-X đã thiết lập kỷ lục thế giới mới: duy trì plasma ở trạng thái ổn định trong 43 giây. Đây là thời gian tồn tại lâu nhất từ trước tới nay trong bất kỳ lò phản ứng tổng hợp hạt nhân nào, vượt qua cả những cái tên kỳ cựu như JET ở Anh hay JT60U của Nhật Bản.

Nghe có vẻ ngắn, nhưng 43 giây này là một cột mốc quan trọng. Nó thể hiện khả năng kiểm soát plasma yếu tố then chốt để hiện thực hóa giấc mơ sản xuất năng lượng từ phản ứng tổng hợp hạt nhân, tương tự như cách Mặt Trời tạo ra năng lượng. Trong môi trường nhiệt độ hàng chục triệu độ C, các ion hydro va chạm, hợp nhất thành heli và giải phóng năng lượng khổng lồ hoàn toàn không tạo ra khí nhà kính hay chất thải phóng xạ nguy hiểm như phản ứng phân hạch hiện nay.

Trong thử nghiệm mới này, nhóm nghiên cứu tại Viện Vật lý Plasma Max Planck đã đạt được hiệu suất cao nhờ ba yếu tố: mật độ plasma cao, nhiệt độ lên đến 30 triệu độ C, và thời gian giam giữ năng lượng lâu gọi chung là sản phẩm ba, chỉ số quan trọng đánh giá mức độ khả thi của phản ứng nhiệt hạch tự duy trì.

Wendelstein 7-X là một stellarator một loại lò phản ứng ít phổ biến hơn tokamak nhưng có nhiều ưu điểm: vận hành ổn định hơn, kiểm soát plasma tốt hơn và có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài. Dù thiết kế phức tạp hơn, stellarator đang dần chứng minh được tiềm năng vượt trội.

Tầm nhìn năng lượng sạch và những nỗ lực toàn cầu​

Không giống như các nhà máy điện hạt nhân hiện nay sử dụng uranium và tạo ra chất thải nguy hiểm, phản ứng tổng hợp chỉ cần các ion hydro nhẹ như deuterium và tritium nguồn tài nguyên dồi dào trong tự nhiên. Nếu kiểm soát được quá trình này, nhân loại sẽ có trong tay nguồn năng lượng gần như vô hạn, sạch và an toàn.

Thành công của Wendelstein 7-X là kết quả của sự hợp tác quốc tế. Bộ phun nhiên liệu đặc biệt được chế tạo bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (Mỹ), trong khi các trung tâm nghiên cứu châu Âu như CIEMAT (Tây Ban Nha) và HUN-REN (Hungary) cũng đóng góp vào thiết kế nhiên liệu và kỹ thuật.

Hệ thống gia nhiệt bằng vi sóng cyclotron electron giúp làm nóng plasma hiệu quả bằng sóng điện từ, còn bộ phun nhiên liệu tự động đã cung cấp chính xác 90 viên ion hydro đông lạnh vào buồng phản ứng một kỳ công kỹ thuật chưa từng có.

Giáo sư Thomas Klinger, người đứng đầu dự án, gọi đây là "một thành tựu lớn chứng minh tiềm năng của Wendelstein 7-X" và là bước tiến vững chắc trên con đường biến lò phản ứng nhiệt hạch thành hiện thực trong các nhà máy điện tương lai. (Popsci)