Mới đây, một nam châm siêu dẫn nặng 0,5 tấn được nâng lên lơ lửng bên trong một buồng chân không rộng 5 mét, đã đánh dấu cột mốc quan trọng đối với công ty khởi nghiệp về phản ứng tổng hợp hạt nhân OpenStar Technologies, có trụ sở tại New Zealand.
Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc giữ plasma được nung nóng đến hơn 1 triệu độ C, với nguyên mẫu có tên gọi “Junior”. Cấu hình lò phản ứng độc đáo của họ, với nam châm lơ lửng có khả năng ổn định và giam giữ plasma được nhóm nghiên cứu tin rằng sẽ giúp nó trở thành hướng đi khả thi để thương mại hóa năng lượng nhiệt hạch.
Bằng cách chứng minh, một nam châm siêu dẫn, trọng lượng nặng có thể được điều khiển và nâng lên lơ lửng, đồng thời giữ lại plasma siêu nóng, nhóm kỹ sư đã giải quyết được một yêu cầu chính của kiến trúc lò phản ứng đặc thù này.
Từ trường tạo ra bởi phần cứng treo, được thiết kế để giữ plasma tại chỗ. Đây là điều kiện cần thiết để duy trì phản ứng nhiệt hạch. Mặc dù nguyên mẫu hiện tại chưa tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ, nhưng sự ổn định của nam châm trong điều kiện này là điều kiện tiên quyết cho các bước công nghệ tiếp theo.
Cấu hình lò phản ứng cụ thể này khác với các thiết kế tokamak trong nhiều dự án nhiệt hạch quốc tế. Trong lò tokamak, các cuộn dây lớn bên ngoài được sử dụng để điều khiển plasma, trong khi phương pháp lưỡng cực lơ lửng đặt một nam châm siêu dẫn duy nhất bên trong đám mây plasma.
Việc đặt nam châm bên trong này nhằm mô phỏng cấu trúc từ trường được quan sát thấy xung quanh các hành tinh như Sao Mộc. Các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu loại bỏ nguồn gây mất nhiệt và sự bất ổn định của plasma bằng cách loại bỏ các giá đỡ cơ học trước đây giữ nam châm ở đúng vị trí.
Các cấu trúc vật lý thường đóng vai trò như một đường dẫn cho năng lượng thoát ra khỏi phản ứng. Vì vậy, việc đạt được khả năng nam châm lơ lửng hoàn toàn là một bước tiến hướng tới việc duy trì nhiệt độ cao cần thiết cho phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Thử nghiệm này xác nhận khả năng của nam châm trong việc tạo ra cường độ từ trường cần thiết để duy trì plasma trong môi trường được kiểm soát. Các thử nghiệm trước đây do công ty thực hiện, sử dụng các cánh tay cơ khí để hỗ trợ các bộ phận bên trong, nhưng việc tích hợp hệ thống chức năng lơ lửng đánh dấu bước tiến trong lộ trình công nghệ.
Điều này thể hiện bước tiến đáng kể so với lần hỗ trợ plasma đầu tiên mà nhóm nghiên cứu đạt được vào tháng 10/2024, công ty cho biết. Mục tiêu dài hạn của nghiên cứu này là tái tạo quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân để cung cấp nguồn năng lượng không phát thải carbon.
Nếu thiết kế nam châm lơ lửng có thể được mở rộng hiệu quả, nó có thể dẫn đến sự phát triển các hệ thống tổng hợp hạt nhân nhỏ gọn hơn so với các thiết kế thông thường. Các hệ thống nhỏ hơn có thể làm giảm chi phí liên quan đến việc xây dựng và bảo trì các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Mặc dù vẫn còn những thách thức về khoa học và kỹ thuật trước khi bất kỳ hệ thống nào như vậy có thể được triển khai để sản xuất điện thương mại, nhưng cuộc trình diễn này gần đây đóng vai trò là bằng chứng về khái niệm tích hợp từ trường, hệ thống lơ lửng tự động và giam giữ plasma.
