Khám Phá Tương Lai Năng Lượng: Lò Phản Ứng Nhiệt Hạch Tokamak Hình Thành Plasma

Tokamak Energy, một công ty tiên phong trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch, vừa công bố khoảnh khắc ấn tượng khi lò phản ứng tokamak đạt nhiệt độ lên tới 100 triệu độ C và tạo ra plasma.

Ảnh: Tokamak Energy

Công ty Tokamak Energy tại Anh đã phát triển lò phản ứng hình cầu, một thiết bị độc đáo chủ yếu sử dụng nam châm mạnh mẽ để giữ plasma ở trạng thái siêu nóng. Plasma thường được coi là trạng thái thứ tư của vật chất, bổ sung thêm cho ba trạng thái còn lại là rắn, lỏng và khí. Nó bao gồm các electron mang điện tích âm và các ion mang điện tích dương, khi nhiệt độ tăng cao, chúng bị tách ra.

Khi nguyên tử hydro được làm nóng, chúng sẽ tích điện dương và đẩy ra lẫn nhau. Khác với Mặt trời, nơi có lực hấp dẫn cực lớn tạo ra áp suất đủ để làm cho các nguyên tử sáp nhập, điều này khó có thể lặp lại trên Trái đất. Các nhà khoa học cần nâng cao nhiệt độ plasma để đạt được tốc độ chuyển động đủ nhanh với áp suất vượt qua lực đẩy. Chris Kelsall, Giám đốc điều hành của Tokamak Energy, cho biết quá trình này yêu cầu nhiệt độ phải vượt hơn 100 triệu độ C, cao gấp 6 lần nhiệt độ ở lõi Mặt trời.

“Khi sáp nhập, nguyên tử hydro sẽ biến thành nguyên tử heli và một neutron, mang đến 80% năng lượng từ phản ứng. Đó là năng lượng chúng tôi thu thập được,” Kelsall cho biết. Video ghi lại khoảnh khắc đạt đến 100 triệu độ C trong lò phản ứng cho thấy quá trình này diễn ra trong thời gian rất ngắn và chỉ một lượng nguyên tử nhỏ sáp nhập. Để đạt được quy mô lớn, lò phản ứng cần phải hoạt động liên tục trong một thời gian dài, nhưng hiện tại chưa có nhà máy nào giống như vậy hoạt động.

Để duy trì plasma ở nhiệt độ cực cao, cần phải cầm giữ nó trong một không gian nhỏ hẹp, do đó, lò tokamak sử dụng nam châm mạnh. “Bạn cần một hệ thống nam châm thật lớn”, Tony Langtry, Trưởng phòng Kỹ thuật tại Tokamak Energy cho biết. “Trường điện từ được tạo ra từ dòng điện chạy qua các vật dẫn sẽ giúp điều khiển plasma. Plasma cũng mang dòng điện và sẽ phản ứng với lực điện từ đó.”

Bên trong lò phản ứng nhiệt hạch tokamak của Tokamak Energy.

Những lò tokamak hiện tại, cụ thể là ST40, sử dụng đồng để kiểm soát plasma. Theo Kelsall, đồng có khả năng dẫn điện tốt, nhưng cũng tạo ra điện trở, dẫn đến việc tiêu tốn năng lượng khi chuyển hóa một phần năng lượng thành nhiệt. Ngược lại, các vật liệu siêu dẫn không có điện trở và có thể tiết kiệm năng lượng hơn.

Đối với mẫu lò tokamak tiếp theo, ST80, sẽ sử dụng vật liệu siêu dẫn để tạo ra từ trường mạnh và hiệu quả hơn nhằm kiểm soát plasma. Dự kiến, mẫu lò này sẽ hoàn thành vào năm 2026 hoặc 2027. Sau đó, đội ngũ nghiên cứu sẽ tiến hành dự án thử nghiệm thương mại mang tên ST-E1, nhằm chứng minh khả năng cung cấp điện cho mạng lưới từ công nghệ này, và dự kiến sẽ hoàn thành vào đầu thập niên 2030.