Đây là lò phản ứng đầu tiên trên thế giới sẽ cung cấp năng lượng cho Trái đất bằng phản ứng hạt nhân giống như Mặt trời .
Theo mạng tin tức Euronews.com, tại trung tâm Provence ở Pháp, một số nhà khoa học hàng đầu thế giới đang chuẩn bị tiền đề cho thí nghiệm khoa học lớn nhất và tham vọng nhất trên toàn cầu.
Ý tưởng của các nhà khoa học là tạo ra thiết bị tổng hợp hạt nhân lớn nhất thế giới bằng cách khai thác năng lượng từ phản ứng tương tự cung cấp năng lượng cho Mặt trời.
Hình ảnh thể hiện ý tưởng về Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER) để chứng minh tính khả thi về mặt công nghiệp của năng lượng nhiệt hạch hạt nhân. (Ảnh: iter.org).
Laban Coblentz, Giám đốc Truyền thông của Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER) cho biết: “Chúng tôi đang chế tạo một thiết bị phức tạp nhất từng được thiết kế”.
Nhiệm vụ trước mắt là chứng minh tính khả thi của việc khai thác phản ứng tổng hợp hạt nhân ở quy mô công nghiệp – phản ứng tương tự cung cấp năng lượng cho Mặt trời và các ngôi sao.
Để làm được điều này, buồng từ trường lớn nhất thế giới, còn được gọi là tokamak, đang được xây dựng ở miền nam nước Pháp để tạo ra năng lượng tích lũy.
Thỏa thuận dự án ITER được Mỹ, EU, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ và Hàn Quốc chính thức ký kết vào năm 2006 tại Cung điện Elysée ở Paris.
Hơn 30 quốc gia hiện đang hợp tác trong nỗ lực chế tạo thiết bị thử nghiệm dự kiến nặng 23.000 tấn và chịu được nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C khi hoàn thành.
Ông Coblentz cho biết, ở một khía cạnh nào đó, đây giống như một phòng thí nghiệm quốc gia, một cơ sở viện nghiên cứu lớn, nhưng thực tế nó là nơi hội tụ các phòng thí nghiệm quốc gia của 35 quốc gia.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra như thế nào?
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là quá trình trong đó hai hạt nhân nguyên tử nhẹ hợp nhất thành một hạt nhân nặng hơn, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ.
Trong trường hợp của Mặt trời, các nguyên tử hydro ở lõi được hợp nhất với nhau nhờ lực hấp dẫn cực lớn.
Trong khi đó, trên Trái đất, hai phương pháp chính đang được khám phá để tạo ra phản ứng tổng hợp.
Ông Coblentz giải thích: “Phương pháp đầu tiên là bắn tia laser với một lượng rất nhỏ – cỡ hạt tiêu – của hai dạng hydro: deuterium và tritium”. Như vậy, một lượng nhỏ vật chất được chuyển hóa thành năng lượng theo công thức E = mc2 (E là năng lượng, m là khối lượng của vật, c là tốc độ ánh sáng trong chân không)”.
Dự án của ITER tập trung vào phương pháp khả thi thứ hai: Phản ứng tổng hợp giam cầm từ tính.
“Trong trường hợp này, chúng tôi có một ngăn rất lớn, 800m³ và chúng tôi đặt một lượng nhiên liệu rất nhỏ – 2 đến 3 g nhiên liệu, deuterium và tritium – và chúng tôi tăng nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C thông qua các kích thích nhiệt khác nhau. hệ thống,” ông Coblentz nói.
Ông Coblentz giải thích thêm: “Chính nhiệt độ mà vận tốc của các hạt này cao đến mức thay vì đẩy nhau bằng điện tích dương, chúng kết hợp và hợp nhất. Và khi hợp nhất, chúng giải phóng năng lượng”.
Trong tokamak, các hạt tích điện bị giữ lại bởi từ trường, ngoại trừ các neutron năng lượng cao được giải phóng và đập vào thành khoang, truyền nhiệt và do đó làm nóng nước xung quanh tokamak. Về mặt lý thuyết, năng lượng sẽ được khai thác bằng hơi nước tạo ra để quay tuabin.
Richard Pitts, nhà khoa học trưởng của ITER, giải thích thêm: “Đây là sản phẩm kế thừa cho một loạt công cụ nghiên cứu lâu đời”.
“Lĩnh vực nghiên cứu vật lý tokamak đã được nghiên cứu trong khoảng 70 năm, kể từ khi những thí nghiệm đầu tiên được thiết kế và xây dựng ở Nga vào những năm 1940 và 1950”, ông Pitts nói.
Theo ông Pitts, tokamak thời kỳ đầu là những thiết bị nhỏ. Sau đó, chúng ngày càng lớn hơn để tạo ra năng lượng tổng hợp.
Toàn cảnh khu vực ITER. (Ảnh: iter.org).
Ưu điểm của sự kết hợp
Các nhà máy điện hạt nhân đã xuất hiện từ những năm 1950, khai thác phản ứng phân hạch, trong đó các nguyên tử bị tách ra trong lò phản ứng, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ trong quá trình này.
Phân hạch có ưu điểm rõ ràng là phương pháp này đã được thử và kiểm nghiệm, với hơn 400 lò phản ứng phân hạch hạt nhân đang hoạt động trên toàn thế giới hiện nay.
Tuy nhiên, mặc dù thảm họa hạt nhân hiếm khi xảy ra trong lịch sử, nhưng sự cố thảm khốc ở lò phản ứng số 4 tại Chernobyl vào tháng 4 năm 1986 là một lời nhắc nhở mạnh mẽ rằng chúng không bao giờ hoàn toàn an toàn. có những rủi ro.
Hơn nữa, các lò phản ứng phân hạch còn phải giải quyết vấn đề quản lý an toàn lượng lớn chất thải phóng xạ, thường được chôn sâu dưới lòng đất trong các kho địa chất.
Ngược lại, ITER lưu ý rằng một nhà máy nhiệt hạch có kích thước tương tự sẽ tạo ra năng lượng từ lượng hóa chất đầu vào nhỏ hơn nhiều, chỉ vài gam hydro.
Ông Coblentz lưu ý: “Hiệu suất an toàn thậm chí không thể so sánh được”. Chúng ta chỉ cần 2 đến 3 g nguyên liệu. Hơn nữa, các vật liệu thực vật nhiệt hạch, deuterium và tritium, và các vật liệu thoát ra, helium và neutron không phóng xạ, đều đã được khai thác. Vì vậy không còn gì và lượng chất phóng xạ còn lại là cực kỳ nhỏ”.
Trở ngại của dự án ITER
Tuy nhiên, ông Coblentz nhấn mạnh, thách thức của phản ứng nhiệt hạch là các lò phản ứng hạt nhân này vẫn cực kỳ khó xây dựng.
Ông nói : “Chúng tôi đang tìm cách tăng nhiệt độ lên 150 triệu độ C. Đó thực sự là một điều khó thực hiện” .
Chắc chắn dự án ITER đã phải vật lộn với sự phức tạp của công việc to lớn này. Dòng thời gian ban đầu của dự án ITER ấn định năm 2025 là ngày phóng plasma (khí ion hóa) đầu tiên, với hoạt động toàn bộ hệ thống được ấn định vào năm 2035.
Tuy nhiên, những hạn chế và sự chậm trễ của các thành phần liên quan đến Covid-19 đã dẫn đến lịch trình vận hành hệ thống bị thay đổi và ngân sách tăng vọt. Ước tính chi phí ban đầu cho dự án là 5 tỷ euro nhưng đã tăng lên hơn 20 tỷ euro.
Về hợp tác quốc tế, ITER cũng chịu áp lực từ những “cơn gió ngược” căng thẳng địa chính trị giữa nhiều quốc gia tham gia dự án.
Ông Coblentz lưu ý: “Rõ ràng là các nước tham gia không phải lúc nào cũng đồng nhất về mặt ý thức hệ. Dù cam kết 40 năm hợp tác cùng nhau nhưng không có gì là chắc chắn. Chưa bao giờ có một sự chắc chắn nào đó sẽ không xảy ra một số xung đột”.
Nói tóm lại, với quy mô của thách thức do biến đổi khí hậu đặt ra, không có gì ngạc nhiên khi các nhà khoa học đang chạy đua tìm kiếm nguồn năng lượng không chứa carbon để cung cấp năng lượng cho thế giới của chúng ta. .
Nhưng nguồn cung cấp năng lượng nhiệt hạch dồi dào vẫn còn rất xa, và ngay cả ITER cũng thừa nhận rằng dự án của họ đại diện cho câu trả lời lâu dài cho những lo ngại về năng lượng.
Đáp lại quan điểm cho rằng năng lượng nhiệt hạch sẽ đến quá muộn để giúp chống lại khủng hoảng khí hậu một cách có ý nghĩa, ông Coblentz khẳng định rằng năng lượng nhiệt hạch có thể có một vai trò nào đó trong tương lai.
Ông nói : “Nếu mực nước biển dâng cao đến mức chúng ta bắt đầu cần tiêu thụ năng lượng để di chuyển các thành phố thì đó thực sự là câu trả lời rõ ràng”.
- Chúng ta có nguồn năng lượng vô tận nhưng tại sao chúng ta vẫn chưa sử dụng nó?
- Rót 1 tỷ nhân dân tệ, Trung Quốc “bắn tia laser” vào đế chế nhiệt hạch gần 50 tỷ USD
- Lò nhiệt hạch có từ trường mạnh gấp 100.000 lần Trái đất
