Trung Quốc vừa đạt thêm một cột mốc quan trọng trong tham vọng thương mại hóa năng lượng nhiệt hạch khi hoàn thành và thử nghiệm thành công nam châm siêu dẫn nặng 582 tấn, bộ phận cốt lõi của chương trình "Mặt Trời nhân tạo" thế hệ mới.

Theo Tân Hoa Xã, nam châm siêu dẫn hình xuyến (Toroidal Field, TF) dài 21 mét do Viện Vật lý Plasma (ASIPP) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phát triển là loại lớn nhất từng được chế tạo dành cho lò phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát.

Thiết bị được phát triển để trang bị cho lò phản ứng Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak (BEST), dự án nhiệt hạch thế hệ mới của Trung Quốc. Các kỹ sư đã hoàn tất quá trình chế tạo, nghiệm thu tại nhà máy và thử nghiệm đầy đủ các thông số kỹ thuật tại thành phố Hợp Phì, đánh dấu bước tiến lớn trong lĩnh vực công nghệ nhiệt hạch.

Nam châm siêu dẫn đóng vai trò duy trì và kiểm soát plasma, trạng thái vật chất được nung nóng lên hơn 100 triệu độ C, tương đương khoảng sáu lần nhiệt độ tại lõi Mặt Trời. Ở mức nhiệt này, không có vật liệu thông thường nào có thể tiếp xúc trực tiếp với plasma mà không bị phá hủy, vì vậy việc tạo ra từ trường cực mạnh để "giam giữ" plasma là điều kiện tiên quyết để phản ứng nhiệt hạch diễn ra ổn định.

Khác với nam châm điện thông thường, nam châm siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ cực thấp với điện trở gần như bằng 0, cho phép truyền dòng điện rất lớn nhưng tiêu thụ ít năng lượng hơn.

Song song với đó, Trung Quốc cũng đã thử nghiệm thành công cuộn dây siêu dẫn nhiệt độ cao dạng solenoid trung tâm, bộ phận được ví như "trái tim" của lò tokamak. Thiết bị này tạo ra dòng điện plasma cần thiết để khởi động và duy trì phản ứng tổng hợp hạt nhân, đồng thời phối hợp với nam châm hình xuyến nhằm bảo đảm sự ổn định của plasma trong suốt quá trình vận hành.

Theo các nhà nghiên cứu, nam châm TF mới có thể tích lớn hơn khoảng 1,3 lần so với nam châm tương ứng được thiết kế cho dự án ITER, lò phản ứng nhiệt hạch quốc tế đang xây dựng tại Pháp. Thiết bị cũng có khả năng tích trữ năng lượng từ trường lớn gấp ba lần, tạo ra từ trường mạnh hơn để kiểm soát plasma hiệu quả hơn.

Dự án phát triển kéo dài sáu năm đã mang lại nhiều đột phá trong công nghệ chế tạo dây dẫn siêu dẫn, thiết kế kết cấu, hệ thống làm lạnh ở nhiệt độ siêu thấp và công nghệ bảo vệ khi xảy ra hiện tượng mất siêu dẫn. Nhóm nghiên cứu cho biết dự án đã tạo ra hàng chục bằng sáng chế và góp phần hình thành các tiêu chuẩn công nghiệp mới đối với công nghệ nam châm siêu dẫn cỡ lớn.

Trước đó, lò phản ứng Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), còn được biết đến với tên gọi "Mặt Trời nhân tạo" của Trung Quốc, đã nhiều lần lập kỷ lục thế giới về thời gian duy trì plasma siêu nóng. EAST chủ yếu đóng vai trò là nền tảng nghiên cứu để kiểm chứng các công nghệ phục vụ các lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai.

Trong khi đó, BEST được kỳ vọng sẽ tiến thêm một bước, từ nghiên cứu thử nghiệm sang chứng minh khả năng duy trì trạng thái plasma tự cháy và tiến tới phát điện bằng phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát.

Theo kế hoạch, việc xây dựng lò phản ứng BEST sẽ hoàn thành vào năm 2027. Nếu tiến độ được bảo đảm, Trung Quốc kỳ vọng có thể trình diễn khả năng phát điện từ phản ứng nhiệt hạch vào khoảng năm 2030.

Không giống công nghệ phân hạch đang được sử dụng tại các nhà máy điện hạt nhân hiện nay, nhiệt hạch tạo ra năng lượng bằng cách hợp nhất các đồng vị nhẹ của hydro thành nguyên tố nặng hơn. Quá trình này không phát thải khí nhà kính trong quá trình vận hành và tạo ra lượng chất thải phóng xạ tồn lưu lâu dài thấp hơn đáng kể.

Giới khoa học đánh giá nhiệt hạch là một trong những giải pháp năng lượng sạch giàu tiềm năng nhất để đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng tăng của thế giới. Việc hoàn thành nam châm siêu dẫn lớn nhất từ trước đến nay được xem là bước tiến quan trọng, đưa Trung Quốc tiến gần hơn mục tiêu hiện thực hóa "Mặt Trời nhân tạo" có khả năng cung cấp điện cho các thành phố trong tương lai.

Quỳnh Trang