Các nhà vật lý tìm ra bước đột phá lớn trong phát triển lò phản ứng nhiệt hạch

Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (Mỹ) đã công bố một bước đột phá lớn trong lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, sử dụng tia laser mạnh để tạo ra 1,3 megajoules năng lượng - khoảng 3% năng lượng có trong 1kg dầu thô.

Lò phản ứng nhiệt hạch, hydro được đốt nóng cho đến khi nó trở thành plasma (ảnh minh họa).

Có hai cách sử dụng năng lượng hạt nhân: phân hạch, được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân hiện nay và nhiệt hạch, các nguyên tử uranium nặng bị phá vỡ thành các nguyên tử nhỏ hơn để giải phóng năng lượng. 

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là một quá trình ngược lại, các nguyên tử nhẹ được biến đổi thành các nguyên tử nặng hơn để giải phóng năng lượng, quá trình tương tự xảy ra trong lõi plasma của Mặt trời.

Hình ảnh được tạo 3D của một plasma nóng rực lửa (ảnh minh họa).

"Một thành công lớn" mới được các nhà vật lý công bố liên quan đến việc thiết kế công nghệ lò phản ứng tổng hợp hạt nhân Wendelstein 7-X (W7-X) - Đức thử nghiệm.

Lò phản ứng Wendelstein 7-X là thiết bị hiện đại nhất. Nó được thiết kế để đạt được khả năng phóng điện plasma liên tục lên đế 30 phút, qua đó thể hiện được tính năng thiết thực của một nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai, khi hoạt động liên tục.

 Điều này được thực hiện bằng cách đưa các dòng plasma vào trong lõi lò và nâng áp suất, nhiệt độ tới mức tối đa, khiến các nguyên tử sẽ tương tác và hợp nhất với nhau đồng thời giải phóng ra một nguồn lượng năng lượng vô cùng lớn.

Có thể hiểu, lò phản ứng Wendelstein 7-X phức tạp đến mức chỉ có siêu máy tính mới có thể thiết kế được, ngoài việc lưu trữ plasma cho loại lò phản ứng nhiệt hạch này, các kết quả thí nghiệm cũng cho thấy có thể làm nóng plasma lên nhiệt độ cực cao 36 triệu ° F (20 triệu ° C), vượt xa nhiệt độ của mặt trời, ở 27 triệu ° F (15 triệu ° C). 

Nhưng trở ngại lớn nhất lại là hạn chế về mặt kỹ thuật, yếu điểm của lò phản ứng nhiệt hạch là rất khó để giữ hiện trạng nhiệt độ rất cao tại tâm lò. Nhiệt độ cao cần phải được duy trì trong một “khối từ tính” có hình dạng giống bánh vòng doughnut trong thời gian đủ lâu để tương tác phản ứng nhiệt hạch xuất hiện.

Dòng plasma (trạng thái thứ 4 của vật chất, chỉ bao gồm các hạt mang điện) được chứa trong một buồng chân không, sau đó cho dòng điện chạy qua để gia nhiệt, Hai cuộn dây từ tính siêu dẫn sẽ được dùng để làm ra từ trường theo cả phương ngang và dọc, tạo ra một cái “lồng từ tính” để chứa và định hình plasma. Nhiệt độ do dòng điện plasma tạo ra sẽ đạt tới trên 30 triệu độ C.

Sự thất thoát nhiệt điều này xảy ra khi va chạm giữa các hạt bị nung nóng đẩy một số ra khỏi quỹ đạo thích hợp của chúng, dẫn đến một số đi lạc ra khỏi từ trường, trong Wendelstein 7-X, lồng từ trường được thiết kế đặc biệt để hạn chế vấn đề mất năng lượng này. 

Các thí nghiệm Wendelstein 7-X có khả năng vật lý giữ nhiệt lên đến trên 30 triệu độ C gấp đôi nhiệt độ được tìm thấy trong lõi của mặt trời.

Năng lượng nhiệt hạch hiện nay tuy chỉ mới là dự án nhưng khả năng sản xuất điện tổng hợp nhiệt hạch một cách an toàn, hiệu quả sẽ đem lại ích lợi to lớn cho mọi quốc gia trên thế giới.

Theo Tạp chí Điện tử