Dự án "Mặt Trời nhân tạo" EAST là một dự án nghiên cứu về việc sản xuất năng lượng bằng cách tạo ra môi trường tương tự như mặt trời trên Trái đất. Các nhà nghiên cứu trong dự án này đã phát hiện ra một chế độ hoạt động plasma giúp sản xuất năng lượng nhiệt hạch ổn định và hiệu quả hơn so với các phương pháp hiện tại. Điều này có thể giúp đẩy nhanh tiến độ đạt được nguồn năng lượng tái tạo và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Lò phản ứng EAST ở Hợp Phì. (Ảnh: SCMP)
Đột phá mới sẽ giúp các thí nghiệm tổng hợp hạt nhân tạo ra nguồn năng lượng an toàn, sạch và gần như vô hạn cho nhân loại, South China Morning Post hôm 11/1 đưa tin. Chế độ "super I" được phát hiện lần đầu tiên tại lò phản ứng Tokamak siêu dẫn tiên tiến thử nghiệm (EAST) ở Hợp Phì trong hoạt động kéo dài 17 phút vào tháng 12/2021. Sau khi qua thẩm định từ hội đồng chuyên gia, kết quả được báo cáo hôm 7/1 trên tạp chí Science Advances. Theo nhóm nghiên cứu đến từ Viện vật lý plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, hoạt động sử dụng từ trường để làm nóng khí gas tạo từ electron di chuyển tự do và ion hydro tới 70 triệu độ C, đạt được khả năng vây hãm năng lượng cao ở cả sâu bên trong và rìa plasma.
Các thí nghiệm khác cho thấy chế độ mới "thể hiện tiềm năng ứng dụng lớn" ở Lò phản ứng thử nghiệm nhiệt hạt nhân quốc tế (ITER), lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới đang xây dựng tại Pháp. "Đây là kết quả quan trọng đối với ITER và phản ứng nhiệt hạch", nhà vật lý Richard Pitts, người phụ trách thí nghiệm và hoạt động plasma ở ITER, cho biết. "Tầm quan trọng của thí nghiệm EAST là chứng minh plasma của lò tokamak có thể duy trì và điều khiển theo xung dài hơn 1.000 giây như mục tiêu dài hạn của lò ITER".
Một lợi thế lớn của chế độ super I là khả năng giảm thất thoát năng lượng ở rìa plasma, nơi khí gas siêu nóng quay thẳng vào tấm chắn nhiệt của lò tokamak, theo đồng tác giả nghiên cứu Song Yuntao. "Nếu so sánh phản ứng nhiệt hạch với tia sét, mục tiêu của chúng tôi là thu thập nhiều tia sét hết mức có thể trong lồng từ và tạo ra năng lượng để con người sử dụng theo cách ổn định và bền vững. Chế độ hoạt động mới phát hiện ở EAST cho phép chúng tôi thu được nhiều tia sét hơn mà không làm hỏng lồng từ, đồng thời duy trì vận hành ở trạng thái ổn định trong thời gian dài", Song nói.
Lò phản ứng như EAST và ITER đại diện cho giải pháp hứa hẹn nhằm kiểm soát phản ứng nhiệt hạch. Tuy nhiên, cách tạo ra plasma hiệu suất cao và vây hãm nó đủ lâu để hydro kết hợp tạo ra công suất hữu ích vẫn là một thách thức. Trên thực tế, các nhà khoa học sử dụng thông số vận hành như nhiệt độ và năng lượng, gọi là "chế độ" để điều khiển trạng thái plasma, theo Liu Zhihong ở Viện vật lý plasma tại Hợp Phì.
Phần lớn lò tokamak hiện nay, bao gồm EAST, hoạt động ở chế độ H. Được phát hiện lần đầu tiên trên một lò tokamak ở Đức vào năm 1982, chế độ H hiệu quả gấp ít nhất 100 lần trong việc vây hãm plasma hơn các chế độ trước đây, khiến lò phản ứng cỡ lớn cỡ ITER. Tuy nhiên, một bất lợi lớn của chế độ H là khả năng dẫn tới giải phóng nhanh năng lượng ở rìa plasma và phá hủy vật liệu xung quanh.
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tìm hiểu chế độ I, trong đó năng lượng nhiệt hạch được giải phóng qua quá trình liên tục hơn nhằm ngăn phá hủy bề mặt. Nhóm nghiên cứu EAST rất bất ngờ khi phát hiện so với chế độ I, chế độ mới cải thiện đáng kể khả năng vây hãm năng lượng ở cả lõi và rìa plasma và đặt tên cho nó là chế độ super I.