Trung Quốc vừa thả thính một tin cực xịn: lò phản ứng nhiệt hạch "mặt trời nhân tạo" của họ đã vượt qua một cột mốc siêu quan trọng trong công nghệ nhiệt hạch, đưa cả nhân loại lại gần hơn với nguồn năng lượng sạch vô hạn mà ai cũng mơ ước
Theo Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc thông báo, lò phản ứng Tokamak Thử nghiệm Siêu dẫn Tiên tiến (EAST) đã giữ được trạng thái ổn định của plasma ở mật độ cực khủng. Đây là bức tường mà giới nghiên cứu nhiệt hạch đã đau đầu từ lâu lắm rồi
Giáo sư Ping Zhu từ Trường Kỹ thuật Điện và Điện tử thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết kết quả này chỉ ra một lối đi khả thi và có thể scale up để vượt qua giới hạn mật độ trong các lò tokamak và thiết bị nhiệt hạch plasma thế hệ sau.
Phản ứng nhiệt hạch được coi là nguồn năng lượng sạch gần như vô tận vì tạo ra rất ít chất thải phóng xạ và không thải khí nhà kính gây nóng lên toàn cầu như nhiên liệu hóa thạch. Xịn xò hơn hẳn luôn ấy!
Nghiên cứu mới được đăng ngày 1/1 trên tạp chí Science Advances, có thể giúp nhân loại tiến gần hơn tới việc khai thác nguồn năng lượng này. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học vẫn cho rằng phải đợi thêm vài chục năm nữa công nghệ mới có thể thương mại hóa được.
Công nghệ phản ứng tổng hợp hạt nhân đã được nghiên cứu hơn 70 năm nhưng đến giờ vẫn chủ yếu ở giai đoạn thử nghiệm thôi. Các lò phản ứng thường ăn nhiều năng lượng hơn lượng điện tạo ra nữa chứ
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang tác động rõ rệt, các nhà khoa học khí hậu kêu gọi cắt giảm phát thải siêu nhanh. Điều đó khiến nhiệt hạch khó trở thành giải pháp cho khủng hoảng khí hậu hiện tại, mặc dù có thể đóng vai trò quan trọng trong tương lai.
Lò phản ứng nhiệt hạch hoạt động bằng cách hợp nhất hai nguyên tử nhẹ thành một nguyên tử nặng thông qua nhiệt và áp suất cao, tương tự cơ chế tạo năng lượng của mặt trời vậy. Đúng nghĩa đen là "mặt trời mini" luôn
Do áp suất trong mặt trời lớn hơn trái đất siêu nhiều, các nhà khoa học phải bù đắp bằng cách duy trì plasma ở nhiệt độ cao hơn bề mặt mặt trời nhiều lần. Tưởng tượng nóng đến mức nào!
EAST là lò phản ứng giam giữ từ tính, được thiết kế để duy trì trạng thái plasma cháy liên tục trong thời gian dài. Lò phản ứng này làm nóng plasma và giữ plasma trong một buồng hình bánh donut bằng các từ trường cực mạnh
Các lò tokamak hiện nay vẫn chưa đạt tới trạng thái kích hoạt phản ứng nhiệt hạch (tức là phản ứng tự duy trì), nhưng EAST đã liên tục kéo dài thời gian duy trì một vòng plasma ổn định rồi đấy.
Một rào cản lớn trong nghiên cứu nhiệt hạch là giới hạn Greenwald - tức mật độ mà vượt quá mức đó plasma thường trở nên mất ổn định.
Giới hạn này khó khăn vì mật độ plasma cao giúp các nguyên tử va chạm nhiều hơn và giảm năng lượng cần thiết để kích hoạt phản ứng, nhưng sự mất ổn định lại khiến phản ứng nhiệt hạch bị tắt ngúm ngay
Để vượt qua giới hạn Greenwald, các nhà khoa học tại EAST đã kiểm soát chặt chẽ tương tác giữa plasma và thành lò phản ứng bằng cách điều chỉnh hai thông số quan trọng khi khởi động lò.
Hai thông số này gồm áp suất khí nhiên liệu ban đầu và gia nhiệt cộng hưởng cyclotron điện tử. Đây không phải lần đầu giới hạn Greenwald bị phá vỡ đâu nha!
Năm 2022, lò tokamak DIII-D của Bộ Năng lượng Mỹ tại San Diego đã phá vỡ giới hạn này rồi.
Năm 2024, các nhà nghiên cứu tại Đại học Wisconsin–Madison thông báo đã duy trì plasma tokamak ổn định ở mức mật độ cao gấp khoảng 10 lần giới hạn Greenwald bằng một thiết bị thử nghiệm.
Tuy nhiên, điểm đột phá tại EAST cho phép các nhà khoa học lần đầu tiên làm nóng plasma tới trạng thái được dự đoán về mặt lý thuyết, gọi là "vùng không phụ thuộc mật độ". Trong trạng thái này, plasma vẫn ổn định ngay cả khi mật độ tiếp tục tăng. Quá xịn luôn!
Những tiến bộ tại EAST và tại Mỹ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các lò phản ứng mới.
Trung Quốc và Mỹ đều tham gia chương trình Lò phản ứng Nhiệt hạch Thử nghiệm Quốc tế (ITER) - dự án hợp tác của hàng chục quốc gia nhằm xây dựng lò tokamak lớn nhất thế giới tại Pháp.
Nguồn: genk.vn
Theo Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc thông báo, lò phản ứng Tokamak Thử nghiệm Siêu dẫn Tiên tiến (EAST) đã giữ được trạng thái ổn định của plasma ở mật độ cực khủng. Đây là bức tường mà giới nghiên cứu nhiệt hạch đã đau đầu từ lâu lắm rồi
Giáo sư Ping Zhu từ Trường Kỹ thuật Điện và Điện tử thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết kết quả này chỉ ra một lối đi khả thi và có thể scale up để vượt qua giới hạn mật độ trong các lò tokamak và thiết bị nhiệt hạch plasma thế hệ sau.
Phản ứng nhiệt hạch được coi là nguồn năng lượng sạch gần như vô tận vì tạo ra rất ít chất thải phóng xạ và không thải khí nhà kính gây nóng lên toàn cầu như nhiên liệu hóa thạch. Xịn xò hơn hẳn luôn ấy!
Nghiên cứu mới được đăng ngày 1/1 trên tạp chí Science Advances, có thể giúp nhân loại tiến gần hơn tới việc khai thác nguồn năng lượng này. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học vẫn cho rằng phải đợi thêm vài chục năm nữa công nghệ mới có thể thương mại hóa được.
Công nghệ phản ứng tổng hợp hạt nhân đã được nghiên cứu hơn 70 năm nhưng đến giờ vẫn chủ yếu ở giai đoạn thử nghiệm thôi. Các lò phản ứng thường ăn nhiều năng lượng hơn lượng điện tạo ra nữa chứ
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang tác động rõ rệt, các nhà khoa học khí hậu kêu gọi cắt giảm phát thải siêu nhanh. Điều đó khiến nhiệt hạch khó trở thành giải pháp cho khủng hoảng khí hậu hiện tại, mặc dù có thể đóng vai trò quan trọng trong tương lai.
Lò phản ứng nhiệt hạch hoạt động bằng cách hợp nhất hai nguyên tử nhẹ thành một nguyên tử nặng thông qua nhiệt và áp suất cao, tương tự cơ chế tạo năng lượng của mặt trời vậy. Đúng nghĩa đen là "mặt trời mini" luôn
Do áp suất trong mặt trời lớn hơn trái đất siêu nhiều, các nhà khoa học phải bù đắp bằng cách duy trì plasma ở nhiệt độ cao hơn bề mặt mặt trời nhiều lần. Tưởng tượng nóng đến mức nào!
EAST là lò phản ứng giam giữ từ tính, được thiết kế để duy trì trạng thái plasma cháy liên tục trong thời gian dài. Lò phản ứng này làm nóng plasma và giữ plasma trong một buồng hình bánh donut bằng các từ trường cực mạnh
Các lò tokamak hiện nay vẫn chưa đạt tới trạng thái kích hoạt phản ứng nhiệt hạch (tức là phản ứng tự duy trì), nhưng EAST đã liên tục kéo dài thời gian duy trì một vòng plasma ổn định rồi đấy.
Một rào cản lớn trong nghiên cứu nhiệt hạch là giới hạn Greenwald - tức mật độ mà vượt quá mức đó plasma thường trở nên mất ổn định.
Giới hạn này khó khăn vì mật độ plasma cao giúp các nguyên tử va chạm nhiều hơn và giảm năng lượng cần thiết để kích hoạt phản ứng, nhưng sự mất ổn định lại khiến phản ứng nhiệt hạch bị tắt ngúm ngay
Để vượt qua giới hạn Greenwald, các nhà khoa học tại EAST đã kiểm soát chặt chẽ tương tác giữa plasma và thành lò phản ứng bằng cách điều chỉnh hai thông số quan trọng khi khởi động lò.
Hai thông số này gồm áp suất khí nhiên liệu ban đầu và gia nhiệt cộng hưởng cyclotron điện tử. Đây không phải lần đầu giới hạn Greenwald bị phá vỡ đâu nha!
Năm 2022, lò tokamak DIII-D của Bộ Năng lượng Mỹ tại San Diego đã phá vỡ giới hạn này rồi.
Năm 2024, các nhà nghiên cứu tại Đại học Wisconsin–Madison thông báo đã duy trì plasma tokamak ổn định ở mức mật độ cao gấp khoảng 10 lần giới hạn Greenwald bằng một thiết bị thử nghiệm.
Tuy nhiên, điểm đột phá tại EAST cho phép các nhà khoa học lần đầu tiên làm nóng plasma tới trạng thái được dự đoán về mặt lý thuyết, gọi là "vùng không phụ thuộc mật độ". Trong trạng thái này, plasma vẫn ổn định ngay cả khi mật độ tiếp tục tăng. Quá xịn luôn!
Những tiến bộ tại EAST và tại Mỹ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các lò phản ứng mới.
Trung Quốc và Mỹ đều tham gia chương trình Lò phản ứng Nhiệt hạch Thử nghiệm Quốc tế (ITER) - dự án hợp tác của hàng chục quốc gia nhằm xây dựng lò tokamak lớn nhất thế giới tại Pháp.
Nguồn: genk.vn