Phát triển thành công nam châm siêu dẫn, Trung Quốc tiến gần hơn tới 'Mặt Trời nhân tạo'

Theo lộ trình phát triển nhiệt hạch ba giai đoạn của Trung Quốc, lò tokamak siêu dẫn plasma cháy (BEST) dự kiến sẽ hoàn thành vào cuối năm 2027 với mục tiêu trình diễn phát điện từ năng lượng nhiệt hạch vào khoảng năm 2030.

Phản ứng nhiệt hạch là quá trình tạo ra năng lượng trong Mặt Trời. Nếu vận dụng cơ chế phản ứng nhiệt hạch, chế tạo thành công một lò phản ứng hoạt động ổn định, thế giới sẽ có nguồn điện phát thải carbon gần như bằng 0, không phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hay điều kiện thời tiết.

Lò phản ứng nhiệt hạch được gọi là "Mặt trời nhân tạo" bởi mô phỏng quá trình hợp hạch giải phóng năng lượng giống bên trong lõi Mặt trời.

Lò phản ứng nhiệt hạch được thiết kế để hợp nhất hai nguyên tử nhẹ thành một nguyên tử nặng hơn dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cực cao. Tuy nhiên, do áp suất trong các lò phản ứng trên Trái Đất thấp hơn rất nhiều so với lõi Mặt Trời, các nhà khoa học phải nung plasma lên nhiệt độ còn cao hơn cả Mặt Trời và dùng từ trường cực mạnh để giữ plasma ổn định.

Thách thức lớn như vậy nên sau hơn 70 năm nghiên cứu, công nghệ nhiệt hạch vẫn chủ yếu ở giai đoạn thử nghiệm và hầu hết các lò phản ứng hiện vẫn tiêu tốn nhiều năng lượng hơn lượng điện chúng tạo ra.

Chương trình Mặt Trời nhân tạo của Trung Quốc đã vượt qua một trong những thách thức kỹ thuật lớn nhất khi phát triển thành công hai loại nam châm siêu dẫn.

Chúng là những bộ phận cốt lõi của lò phản ứng nhiệt hạch, từ trường cực mạnh của nó giam giữ và định hình "quả cầu lửa" dòng plasma siêu nóng lên tới hơn 100 triệu độ C.

Chúng đóng vai trò như một "lồng từ trường vô hình" ngăn không cho plasma chạm vào thành lò, giúp duy trì phản ứng tổng hợp hạt nhân

Nam châm siêu dẫn khổng lồ Trung Quốc tạo ra dùng cho máy nhiệt hạch.

Nam châm siêu dẫn Trung Quốc vừa hoàn thành có hình chữ D dài 21m, rộng 12m và nặng 582 tấn là nam châm siêu dẫn dành cho lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất từng được chế tạo trên thế giới.

Thiết bị thứ hai là cuộn dây điện từ trung tâm siêu dẫn nhiệt độ cao có nhiệm vụ tạo từ trường biến thiên để cảm ứng dòng điện trong plasma - yếu tố quyết định liệu lò phản ứng có thể khởi động và vận hành ổn định hay không.

Các nam châm của lò phản ứng nhiệt hạch phải hoạt động ổn định suốt 60 năm ở nhiệt độ gần 0 tuyệt đối (-268,95°C), trong điều kiện dòng điện rất lớn, bức xạ mạnh và ứng suất cơ học cao, thách thức những giới hạn của khoa học vật liệu.

Lò phản ứng EAST ở TP Hợp Phì, thủ phủ tỉnh An Huy. Ảnh: ASIPP

Ông Song Yuntao, Giám đốc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (ASIPP) cho biết, giá trị cốt lõi của hai bước đột phá mới nằm ở việc Trung Quốc làm chủ toàn bộ chuỗi công nghệ. Từ các vật liệu thô cốt lõi như băng siêu dẫn, thép không gỉ cường độ cao dùng ở nhiệt độ siêu thấp, vật liệu cách điện chuyên dụng, cho đến toàn bộ quy trình gồm thiết kế kết cấu, quấn cuộn chính xác...

Sau 6 năm phát triển, dự án đã mang lại 47 bằng sáng chế và 25 tiêu chuẩn ngành.

Chỉ có thể là Trung Quốc, tự làm ra nam châm siêu dẫn cho lò phản ứng nhiệt hạch.

Tuệ Minh