Lò phản ứng tổng hợp hạt nhân đầu tiên trên thế giới sẽ bắt đầu thử nghiệm vào mùa hè này

Phản ứng tổng hợp hạt nhân, theo truyền thống, được sử dụng làm nguyên tắc khoa học cốt lõi đằng sau đầu đạn nhiệt hạch. Nhưng về mặt lý thuyết, cùng một công nghệ cung cấp sức mạnh cho loại vũ khí hủy diệt hàng loạt cũng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thành phố của con người.

Và nếu mọi thứ đi theo đúng kế hoạch, Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER) sẽ bắt đầu chạy thử nghiệm lần đầu tiên vào mùa hè này, đánh dấu một bước chuyển lớn của khoa học toàn nhân loại.

Bởi nếu có thể xây dựng và vận hành các lò phản ứng nhiệt hạch một cách an toàn, chúng ta gần như chắc chắn có thể giải quyết tốt cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu. Nhưng đây chắc chắn sẽ là một thử thách không nhỏ.

Khi hạt nhân của hai nguyên tử hợp nhất, chúng giải phóng một lượng năng lượng đáng kinh ngạc. Ý tưởng lớn đằng sau một lò phản ứng nhiệt hạch là sử dụng một lượng năng lượng tương đối nhỏ để giải phóng một lượng năng lượng tương đối lớn. Đây cũng là cách mặt trời và các ngôi sao khác hoạt động - lý do tại sao chúng rất sáng và tỏa ra một lượng nhiệt khổng lồ đến như vậy.

Rõ ràng, việc tái tạo vũ trụ trong phòng thí nghiệm là một nhiệm vụ cực kỳ phức tạp. Nhưng về cơ bản, nó chỉ tập trung vào việc tìm kiếm các vật liệu chính xác và tìm ra cách tạo ra phản ứng mà chúng ta muốn ở các quy mô phù hợp và hữu ích.

Các nhà khoa học dự kiến ​​sẽ bắt đầu thử nghiệm hoạt động của ITER ở công suất thấp cho đến năm 2025. Và thử nghiệm vận hành đầu tiên sẽ bắt đầu vào tháng 6 này.

Cụ thể, các nhà nghiên cứu tại EUROfusion sẽ kích hoạt Joint European Torus (JET), một thí nghiệm riêng biệt được thiết kế để điều chỉnh nhu cầu nhiên liệu và vật liệu cho thí nghiệm ITER trước khi nó chính thức vận hành.

Sự khác biệt chính giữa JET và ITER là về quy mô. Trên thực tế, mặc dù JET ra đời trước, sự ra đời của thiết kế ITER đã trở thành một phần thiết yếu của thử nghiệm JET. Các nhà khoa học đã đóng cửa JET trong khoảng thời gian vài tháng để thiết kế lại để nó có thể hoạt động với dự án ITER.

Theo cách này, JET là một loại bằng chứng về khái niệm cho ITER. Nếu mọi việc suôn sẻ, nó sẽ giúp các nhà nghiên cứu giải quyết các vấn đề quan trọng như sử dụng nhiên liệu và tối ưu hóa phản ứng nhiệt hạch.

Có nhiều điều phải giải quyết về phản ứng tổng hợp hạt nhân hơn là chỉ đưa ra đáp án đúng về hỗn hợp nhiên liệu - nhưng đó thực sự là phần lớn nhất của đáp án. Các điều kiện để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát trên thực tế khó đạt được hơn nhiều, so với việc chỉ tạo ra một đầu đạn có thể phát nổ. Tuy nhiên, đây là một vấn đề kỹ thuật và công nghệ nhiều hơn là một vấn đề về sự an toàn.

Về mặt lý thuyết, các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân hoàn toàn an toàn. Các loại tình huống bức xạ nguy hiểm hoặc sự cố lò phản ứng có thể xảy ra với quá trình phân hạch, về cơ bản là không thể xảy ra với phản ứng nhiệt hạch.

Vấn đề thực sự là nó phải làm vừa phải để tạo ra đủ năng lượng hữu ích. Và tất nhiên, nó phải được kiểm soát để không tạo ra quá nhiều. Điều này rất dễ thực hiện nếu bạn tưởng tượng sự hợp nhất ở quy mô hạt nhân 1-1. Nhưng ngay cả những siêu máy tính hiện đại cũng phải vật lộn để mô phỏng phản ứng tổng hợp ở quy mô đủ lớn, để năng lượng trở nên hữu ích.

Khi JET được bắt đầu vào mùa hè này, các nhà khoa học sẽ có cơ hội giải quyết một số vấn đề quan trọng. Và sau đó, vào năm 2025, ITER sẽ bắt đầu chu kỳ phục vụ 10 năm, nơi nó sẽ hoạt động dựa trên các phản ứng hydro công suất thấp.

Trong thời gian đó, các nhà khoa học sẽ giám sát hệ thống đồng thời khám phá một cách tiếp cận đa ngành để giải quyết các mối quan tâm kỹ thuật khác với số lượng ngày càng tăng.

Cốt lõi của những nỗ lực này sẽ là việc tạo ra các hệ thống học máy và các mô hình trí tuệ nhân tạo, có khả năng cung cấp năng lượng cho các mô phỏng cần thiết để mở rộng quy mô hệ thống nhiệt hạch.

Cuối cùng, vào năm 2035, khi nhóm phát triển ITER có đủ dữ liệu và thông tin, họ sẽ hoán đổi nguồn nhiên liệu hydro của lò phản ứng lấy deuterium và tritium, hai nguyên tử mạnh hơn rất nhiều.

Nếu tất cả diễn ra theo đúng kế hoạch, chúng ta có thể đánh đổi vài thập kỷ khủng hoảng năng lượng để lấy được sự dồi dào về năng lượng từ nhiệt hạch.

Theo Tạp chí Điện tử