Thành tựu này đánh dấu cột mốc quan trọng cho dự án nhiệt hạch lớn nhất và tiên tiến nhất thế giới. Cốt lõi của bước đột phá này là module cuối cùng của nam châm điện từ trung tâm (Central Solenoid), nam châm mạnh nhất của ITER, hiện sẵn sàng để lắp ráp tại địa điểm dự án ở miền nam nước Pháp.

ITER là gì?

ITER, viết tắt của International Thermonuclear Experimental Reactor, là dự án khoa học toàn cầu có sự tham gia của hơn 30 quốc gia. Mục đích của dự án là khai thác phản ứng nhiệt hạch, quá trình tạo ra năng lượng tương tự ở các ngôi sao, để cung cấp nguồn năng lượng sạch, không phát thải carbon cho Trái đất.

Khi hoạt động hoàn toàn, ITER sẽ là thiết bị nhiệt hạch đầu tiên sản xuất nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ, đạt mức tăng năng lượng ròng. Cấu trúc chính của lò phản ứng là Tokamak, một buồng hình bánh rán, nơi các đồng vị hydro được đun siêu nóng và hợp nhất với nhau.

Không giống như phản ứng phân hạch, tức là phân tách các nguyên tử, phản ứng nhiệt hạch kết hợp chúng lại với nhau, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ mà không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài hoặc khí nhà kính.

Hệ thống nam châm cho phép phản ứng nhiệt hạch diễn ra như thế nào?

Nằm ở trung tâm của Tokamak là hệ thống nam châm siêu dẫn xung, có chức năng điều khiển plasma, loại khí siêu nóng, cần thiết cho phản ứng nhiệt hạch:

1. Phun nhiên liệu: Hai đồng vị của hydro là deuterium và tritium, được đưa vào buồng đốt.

2. Ion hóa: Hệ thống nam châm kích hoạt dòng điện, biến khí thành plasma.

3. Kiểm soát từ tính: Nam châm siêu dẫn định hình và giới hạn plasma ở vị trí ổn định.

4. Làm nóng cực độ: Các hệ thống phụ trợ nâng nhiệt độ plasma lên 150 triệu độ C, nóng gấp 10 lần lõi Mặt trời.

5. Đánh lửa nhiệt hạch: Trong điều kiện này, hạt nhân nguyên tử hợp nhất và giải phóng một lượng lớn năng lượng nhiệt.

Chuỗi này được thiết kế để tạo ra năng lượng gấp 10 lần – 500 megawatt đầu ra chỉ từ 50 megawatt đầu vào – biến hệ thống thành “plasma cháy” tự duy trì.

Vai trò của nam châm điện từ trung tâm

Nam châm điện từ trung tâm (Central Solenoid), mới hoàn thành tại Hoa Kỳ, là nam châm mạnh nhất của ITER. Bao gồm 6 module lớn, nó được thiết kế để cung cấp dòng điện xung, kích hoạt và duy trì dòng plasma bên trong Tokamak.

Bộ khung ngoài tiên tiến của nó bao gồm hơn 9.000 thành phần, sẽ hỗ trợ các lực cơ học mạnh, tạo ra trong quá trình hoạt động. Nam châm này hoạt động kết hợp với 6 nam châm Poloidal Field do Nga, châu Âu, Trung Quốc chế tạo để kiểm soát độ ổn định theo chiều thẳng đứng và hình dạng của plasma.

Nền tảng cho thương mại phản ứng nhiệt hạch

Với trọng lượng hàng nghìn tấn và đạt lực từ đủ mạnh để nâng một tàu sân bay, hệ thống này sẽ thúc đẩy quá trình nhiệt hạch, trọng tâm của dự án ITER: sản xuất năng lượng sạch, an toàn và gần như vô hạn. Lò phản ứng ITER không chỉ là một cột mốc khoa học mà còn là thành tựu của hợp tác kỹ thuật quốc tế.

Quy mô hệ thống nam châm của ITER là chưa từng có. Với hơn 10.000 tấn nam châm siêu dẫn, 100.000 km sợi siêu dẫn, tổng năng lượng từ lưu trữ là 51 gigajoule, cơ sở hạ tầng được thiết kế để thử nghiệm thực tế và tinh chỉnh các công nghệ sẽ thúc đẩy các nhà máy điện nhiệt hạch hình thành trong tương lai, cung cấp điện mà không phát thải carbon.

Cột mốc này – hoàn thành hệ thống nam châm siêu dẫn xung – báo hiệu kỷ nguyên năng lượng nhiệt hạch thực tế đang đến gần hơn bao giờ hết, được xây dựng trên sự hợp tác toàn cầu, độ chính xác về mặt kỹ thuật và sự theo đuổi không ngừng một tương lai năng lượng sạch hơn.