Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã thành công trong việc giúp dự án mặt trời nhân tạo của Hàn Quốc có tên là "Nghiên cứu nâng cao Tokamak siêu dẫn của Hàn Quốc (Korean Superconducting Tokamak Advanced Research·KSTAR)" đạt được mức nhiệt kỷ lục từ trước tới nay.

KSTAR, một thiết bị tokamak thử nghiệm, nhằm mục đích khai thác năng lượng của phản ứng tổng hợp hạt nhân của Hàn Quốc. Trong quá trình thử nghiệm kéo dài từ tháng 12/2023 đến tháng 2/2024, dự án lò phản ứng nhiệt hạch KSTAR đã tạo ra một bước tiến đáng kể, lập kỷ lục mới cho dự án này.

Theo đó, KSTAR đã thành công duy trì được mức nhiệt 100 triệu độ C (tương đương 212 độ F) trong vòng 48 giây. Trong khi đó, nhiệt độ lõi Mặt Trời chỉ đạt mức 15 triệu độ C (tương đương 27 triệu độ F).

Đặc biệt, KSTAR đã duy trì chế độ giới hạn cao (chế độ H) trong hơn 100 giây. Chế độ H là chế độ vận hành tiên tiến trong nhiệt hạch giới hạn từ tính với trạng thái plasma ổn định.

KSTAR: Nóng gấp 7 lần Mặt trời

Sự kết hợp quá trình tái tạo cách mà các ngôi sao tạo ra ánh sáng và nhiệt đang được các nhà khoa học khắp thế giới nghiên cứu. Quá trình này liên quan đến việc hợp nhất hydro và các nguyên tố nhẹ khác để tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ. Các chuyên gia trong lĩnh vực này hy vọng rằng họ có thể khai thác năng lượng này để tạo ra một nguồn điện không carbon và không giới hạn. Đây thường được gọi là cốt lõi của quá trình chuyển đổi năng lượng.

Theo Hội đồng Nghiên cứu Khoa học & Công nghệ Quốc gia Hàn Quốc (NST), việc phát triển công nghệ có thể duy trì nhiệt độ cao và mật độ cao - điều kiện mà các phản ứng nhiệt hạch diễn ra hiệu quả nhất - trong một khoảng thời gian dài là một yếu tố quan trọng. Điều này không chỉ đặt ra thách thức về mặt kỹ thuật mà còn đòi hỏi sự tiến bộ trong lý thuyết và mô hình hóa.

Theo Hội đồng Nghiên cứu Khoa học & Công nghệ Quốc gia Hàn Quốc (NST), bí mật đằng sau những thành tựu to lớn này chính là bộ chuyển hướng vonfram. Đây là những thành phần quan trọng nằm ở đáy bình chân không trong thiết bị nhiệt hạch từ tính.

Bộ chuyển hướng vonfram đóng một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ khí thải và tạp chất khỏi lò phản ứng, đồng thời vẫn chịu được tải nhiệt bề mặt đáng kể. Nhóm KSTAR gần đây đã chuyển sang sử dụng vonfram thay vì carbon trong bộ chuyển hướng của mình.

Vonfram, kim loại có điểm nóng chảy cao nhất trong tất cả các kim loại, đã giúp nhóm duy trì chế độ H trong thời gian dài hơn. NST báo cáo sự thay đổi này đã mang lại một cải tiến đáng kể. Điều này cho thấy sự tiến bộ vượt bậc trong công nghệ nhiệt hạch, mở ra triển vọng mới cho nguồn năng lượng sạch và bền vững trong tương lai.

Vonfram - Chìa khóa thành tựu

NST giải thích: “So với các bộ chuyển hướng dựa trên carbon trước đây, các bộ chuyển hướng vonfram mới chỉ cho thấy nhiệt độ bề mặt tăng 25% dưới mức tải nhiệt tương tự. Điều này mang lại những lợi thế đáng kể cho hoạt động sử dụng năng lượng nhiệt cao xung dài”. 

Sự thành công của bộ chuyển hướng vonfram có thể cung cấp lượng dữ liệu vô giá cho dự án Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER). ITER là một siêu dự án nhiệt hạch quốc tế trị giá 21,5 tỷ USD đang được phát triển ở Pháp bởi hàng chục quốc gia, bao gồm Hàn Quốc, Trung Quốc, Mỹ, EU và Nga.

Recharge News đưa tin ITER dự kiến sẽ đạt được plasma đầu tiên vào năm 2025 và được đưa vào vận hành hoàn toàn vào năm 2035. Vonfram sẽ được sử dụng trong các bộ chuyển hướng của riêng họ.

Suk Jae Yoo, Chủ tịch Viện Năng lượng Nhiệt hạch Hàn Quốc, đã tuyên bố nghiên cứu này là bước đệm cho việc có được các công nghệ cốt lõi cần thiết cho “lò phản ứng DEMO”, vốn là các nhà máy điện trong tương lai.

Nhóm của ông giờ đây sẽ hướng tới việc đảm bảo các công nghệ cốt lõi cần thiết cho hoạt động của ITER và các lò phản ứng DEMO trong tương lai. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc khai thác năng lượng nhiệt hạch, mở ra triển vọng mới cho nguồn năng lượng sạch và bền vững sau này.

Đức Anh Nguyễn