Lò nhiệt hạch có từ trường mạnh gấp 100.000 Trái Đất

Mặt cắt bản vẽ minh họa lò phản ứng ITER . Ảnh: ITER Corporation

Con người hiện mới chỉ khai thác được năng lượng từ phản ứng hạt nhân dạng phân hạch. Đây là phản ứng phá vỡ một hạt nhân nặng như uranium, thorium hay plutonium thành các hạt nhân nhẹ hơn và giải phóng năng lượng. Phản ứng này được ứng dụng trong các nhà máy điện hạt nhân đang vận hành. Tuy nhiên, sản phẩm thừa sau phản ứng là các chất phóng xạ rất độc hại.

Ngược lại với nó là phản ứng nhiệt hạch, kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn và giải phóng năng lượng. Đây là năng lượng sạch, an toàn, chất thải phóng xạ ở mức rất thấp và không có nguy cơ tai nạn.

Tuy nhiên, để phản ứng xảy ra cần nhiệt độ rất cao. Với phản ứng nhiệt hạch dễ xảy ra nhất, kết hợp 2 đồng vị của hydro là deuterium và tritium để tạo thành heli cũng cần nhiệt độ lên tới 120 triệu độ C, cao hơn nhiều lần nhiệt độ ở lõi Mặt trời.

Ở nhiệt độ đó, mọi vật chất đều tồn tại trong trạng thái plasma. Giữ nhiên liệu cho lò phản ứng ở trạng thái plasma trong thời gian đủ lâu để phản ứng nhiệt hạch xảy ra là một bài toán khó.

Theo Business Insider, lò phản ứng ITER, đang được xây dựng tại Cadarache, miền nam nước Pháp sẽ giải quyết các vấn đề trên. ITER có từ trường mạnh 5 Tesla, gấp 100.000 lần từ trường Trái Đất, được phát ra từ 100.000 km dây siêu dẫn làm từ hợp kim niobi-thiếc ở nhiệt độ -269°C.

Nhiệt độ này có được nhờ đặt toàn bộ hệ thống trong heli lỏng. Nhờ từ trường này, plasma sẽ được “giam” lại trong thời gian đủ lâu để phản ứng nhiệt hạch xảy ra. Lò phản ứng có khả năng chứa 840 m3 plasma.

Để vận hành lò phản ứng, trước tiên cần phải có nhiệt độ đủ cao để đưa nhiên liệu về trạng thái plasma và kích thích phản ứng nhiệt hạch. Việc này được thực hiện bằng một hệ thống cấp nhiệt ngoài có công suất 50MW.

Sau khi phản ứng nhiệt hạch xảy ra, năng lượng của các hạt nhân heli được tạo ra sẽ đủ để duy trì nhiệt độ cao cần thiết cho trạng thái plasma và phát điện. Lúc này có thể ngắt hệ thống cấp nhiệt ngoài, lò phản ứng sẽ tự duy trì với điều kiện cung cấp đủ nhiên liệu hạt nhân.

Dự án ITER có chi phí khoảng 20 tỷ USD, là dự án khoa học lớn nhất hành tinh. Dự kiến đến năm 2020 sẽ bắt đầu có thể tạo ra nhiên liệu dạng plasma. Nếu các thí nghiệm thành công, tới năm 2030 sẽ có thể xây dựng nhà máy điện nhiệt hạch đầu tiên với công suất khoảng 1GW.

Nguyễn Thành Minh