Phát hiện cỗ máy nóng gấp 6 lần lõi Mặt Trời ở Trung Quốc, không phát thải CO2, không có phóng xạ, tạo ra nguồn điện sạch vô hạn

Thành tựu này thuộc về lò phản ứng EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), còn được gọi là “mặt trời nhân tạo”, đặt tại thành phố Hợp Phì. Mục tiêu của dự án là tái tạo trên Trái Đất phản ứng nhiệt hạch, nguồn năng lượng đã duy trì sự phát sáng của Mặt Trời suốt hàng tỷ năm.

Con số 100 triệu độ C gây ấn tượng mạnh, nhưng lại là yêu cầu bắt buộc về mặt vật lý. Lõi Mặt Trời chỉ khoảng 15 triệu độ C, song tại đó tồn tại áp suất khổng lồ giúp các hạt nhân hydro dễ dàng kết hợp với nhau.

Trên Trái Đất, không có áp suất tương tự, nên các nhà khoa học phải bù đắp bằng nhiệt độ cao hơn nhiều để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch. Nói cách khác, để “thắp sáng một ngôi sao” trong phòng thí nghiệm, con người buộc phải tạo ra môi trường còn khắc nghiệt hơn cả tự nhiên.

EAST là một tokamak, thiết bị có dạng hình xuyến giống chiếc bánh donut, nơi plasma siêu nóng được giữ lơ lửng bằng từ trường mạnh. Plasma là trạng thái vật chất đặc biệt, trong đó các electron tách khỏi hạt nhân, tạo thành “biển hạt tích điện” cực kỳ nóng và không ổn định.

Các cuộn dây siêu dẫn trong lò phản ứng được làm lạnh tới gần độ không tuyệt đối để dẫn điện không tổn hao, từ đó tạo ra từ trường đủ mạnh giữ plasma không chạm vào thành lò. Đây là nghịch lý kỹ thuật của nhiệt hạch: trong cùng một thiết bị tồn tại đồng thời một trong những môi trường nóng nhất và lạnh nhất do con người tạo ra.

Khác với điện hạt nhân hiện nay dựa trên phản ứng phân hạch (tách nguyên tử), nhiệt hạch hoạt động bằng cách hợp nhất các hạt nhân hydro để giải phóng năng lượng. Đây chính là cơ chế vận hành của các ngôi sao.

Ưu điểm lớn nhất của nhiệt hạch là không phát thải carbon, không tạo ra chất thải phóng xạ nguy hiểm tồn tại hàng nghìn năm như phân hạch, đồng thời nguồn nhiên liệu - hydro - gần như vô hạn và có thể khai thác từ nước biển.

Nếu công nghệ được hoàn thiện, các lò nhiệt hạch có thể vận hành liên tục trong thời gian rất dài mà không lo cạn kiệt nhiên liệu, tạo ra nguồn điện sạch gần như “vĩnh cửu” trên quy mô nhân loại. Không phát thải CO2, không để lại chất thải phóng xạ nguy hiểm kéo dài hàng nghìn năm, nhiệt hạch được kỳ vọng sẽ thay thế phần lớn các nguồn năng lượng truyền thống.

Dù đạt được nhiệt độ cực cao, bài toán lớn nhất của nhiệt hạch vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn: duy trì plasma ổn định đủ lâu để khai thác năng lượng.

Plasma có xu hướng mất ổn định và nếu chạm vào thành lò, toàn bộ hệ thống sẽ nguội đi ngay lập tức. Do đó, việc điều khiển từ trường chính xác để giữ plasma “lơ lửng” là một trong những thách thức kỹ thuật phức tạp nhất hiện nay.

Ngoài ra, một lò phản ứng thương mại cần tạo ra nhiều năng lượng hơn lượng điện tiêu thụ để vận hành. Đây là “bài toán lãi năng lượng” mà đến nay chưa có dự án nào đạt được ở quy mô thương mại. Tuy nhiên, mỗi kỷ lục mới về nhiệt độ và thời gian duy trì plasma đang từng bước thu hẹp khoảng cách này.

Sự tiến bộ nhanh chóng của Trung Quốc không chỉ đến từ công nghệ mà còn từ nguồn lực tài chính. Theo các báo cáo, nước này đầu tư hơn 1,5 tỷ USD mỗi năm cho nghiên cứu nhiệt hạch và hiện nắm giữ số lượng bằng sáng chế lớn nhất trong lĩnh vực này.

So với các dự án quốc tế như ITER, lò phản ứng tokamak lớn nhất thế giới đang được xây dựng tại Pháp với sự tham gia của nhiều quốc gia, cách tiếp cận tập trung và đầu tư liên tục giúp Trung Quốc rút ngắn thời gian phát triển.

Cuộc cạnh tranh này không chỉ mang ý nghĩa khoa học mà còn có tác động chiến lược. Quốc gia nào làm chủ công nghệ nhiệt hạch trước có thể kiểm soát nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn, qua đó định hình lại cán cân quyền lực toàn cầu.

Dù đạt nhiều bước tiến, nhiệt hạch vẫn chưa rời khỏi phòng thí nghiệm để trở thành nguồn điện thương mại. Khoảng cách giữa thí nghiệm và nhà máy điện vẫn còn đáng kể, đòi hỏi những đột phá tiếp theo về vật liệu, điều khiển plasma và hiệu suất năng lượng.

Vu Lam

Theo Global Times