Rắc rối bủa vây dự án lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới

Dự án ITER quy tụ 35 quốc gia nhằm tạo ra năng lượng sạch vô hạn đang trên đà trở thành dự án bị trì hoãn và lạm phát chi phí nhiều nhất trong lịch sử.

Các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng công nghệ tiên tiến nhất thế giới để thiết kế cỗ máy có thể hợp nhất nguyên tử trong quá trình cung cấp năng lượng cho các ngôi sao, qua đó tạo ra năng lượng chi phí rẻ không gây ô nhiễm. Đó là mục tiêu của Lò phản ứng Thử nghiệm Nhiệt hạt nhân Quốc tế (ITER) mà 35 nước, bao gồm nhiều nước châu Âu, Trung Quốc, Nga và Mỹ, hợp tác xây dựng tại Saint-Paul-lez-Durance ở miền nam nước Pháp với chi phí khởi điểm 6 tỷ USD. Quá trình xây dựng bắt đầu vào năm 2010 với cam kết thực hiện phản ứng sản xuất năng lượng năm 2020, theo Guardian.

Lò tokamak ITER ban đầu được lên lịch hoạt động năm 2020. (Ảnh: ITER).

Tuy nhiên, thực tế hoàn toàn khác. Chi phí phát sinh, Covid-19, xói mòn những bộ phận chủ chốt, thiết kế lại vào phút chót và việc đối phó với nhà chức trách an toàn hạt nhân gây ra nhiều lần trì hoãn, khiến ITER không thể sẵn sàng hoạt động trong một thập kỷ tới. Tệ hơn là phản ứng hạt nhân sản xuất năng lượng sẽ không diễn ra cho tới năm 2039, trong khi ngân sách của dự án ITER vốn đã tăng vọt lên 20 tỷ USD và sẽ còn tăng thêm 5 tỷ USD nữa.

Các ước tính khác chỉ ra chi phí cuối cùng sẽ vượt xa con số này, biến ITER thành "dự án khoa học bị trì hoãn và lạm phát chi phí nhiều nhất trong lịch sử", tạp chí Scientific American cảnh báo. Tạp chí Science kết luận ITER đang gặp "rắc rối lớn" trong khi Nature ghi nhận dự án "chìm ngập trong một chuỗi trì hoãn, chi phí leo thang và vấn đề quản lý". Hàng chục công ty tư nhân hiện nay hứa hẹn tạo ra lò phản ứng nhiệt hạch trong khung thời gian ngắn hơn, bao gồm Tokamak Energy ở Oxford và Commonwealth Fusion Systems ở Mỹ.

"Vấn đề là ITER đã diễn ra trong thời gian dài như vậy và trải qua quá nhiều lần trì hoãn đến mức thế giới đã chuyển dịch", chuyên gia hạt nhân Robbie Scott ở Hội đồng điều phối khoa học và công nghệ Anh, cho biết. "Hàng loạt công nghệ mới đã ra đời từ khi ITER được lên kế hoạch. Điều đó khiến dự án thực sự có vấn đề".

Một câu hỏi hiện nay gắn liền với dự án công nghệ tham vọng nhất thế giới là nỗ lực khai thác quá trình cung cấp năng lượng cho các ngôi sao. Quá trình đó bao gồm kết hợp hạt nhân của hai nguyên tử nhẹ để tạo ra hạt nhân nặng hơn, đồng thời giải phóng năng lượng khổng lồ. Đây là phản ứng nhiệt hạch chỉ xảy ra ở nhiệt độ cực cao. Nhằm tạo ra nhiệt lượng lớn như vậy, lò phản ứng hình bánh vòng gọi là tokamak sẽ sử dụng từ trường để kìm hãm plasma của hạt nhân hydro, sau đó bắn bằng chùm hạt và vi sóng. Khi nhiệt độ đạt hàng triệu độ C, hỗn hợp hai đồng vị hydro là deuterium và tritium sẽ hợp nhất thành helium, neutron và giải phóng năng lượng dư thừa.

Kìm hãm plasma ở nhiệt độ cao như vậy cực kỳ khó khăn. Kế hoạch ban đầu là phủ lớp bảo vệ beryllium lên thành lò tokamak nhưng cách đó rất rắc rối. Hợp chất khá độc hại và cuối cùng các kỹ sư quyết định thay thế nó bằng tungsten. Đó là một thay đổi thiết kế quan trọng được đưa ra rất muộn, theo David Armstrong, giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật ở Đại học Oxford.

Tiếp theo, những bộ phận khổng lồ của lò tokamak sản xuất ở Hàn Quốc không khớp hoàn hảo với nhau. Mối đe dọa rò rỉ vật liệu phóng xạ buộc nhà điều phối hạt nhân dừng thi công nhà máy. Nhiều lần trì hoãn khác trong xây dựng xảy ra khi vấn đề chồng chất, sau đó là đại dịch Covid dẫn tới đóng cửa nhà máy cung cấp các bộ phận, giảm nhân công liên quan, kéo theo ảnh hưởng như vận chuyển dồn ứ và thách thức trong kiểm soát chất lượng, tổng giám đốc dự án ITER là Pietro Barabaschi thừa nhận. Vì vậy, ITER một lần nữa lùi mốc hoàn thành cho tới thập kỷ sau.

Cùng lúc, các nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp khác để hợp nhất hạt nhân nguyên tử đã thu được thành tựu. Năm 2022, Cơ sở đánh lửa quốc gia Mỹ ở California sử dụng laser để làm nóng deuterium và tritium, hợp nhất chúng để tạo ra helium và năng lượng dư thừa. Những dự án nhiệt hạch khác cũng thông báo họ có thể sớm tạo ra đột phá. Vấn đề với ITER là dự án có thể vượt qua khủng hoảng và các nhà tài trợ có tiếp tục cung cấp kinh phí hay không. Đại diện ITER phủ nhận dự án đang gặp "rắc rối lớn" và bác bỏ kết luận đây là dự án khoa học lập kỷ lục về chi phí phát sinh và số lần trì hoãn.

• Lò nhiệt hạch có từ trường mạnh gấp 100.000 Trái Đất
• Chúng ta có năng lượng vô tận, nhưng vì sao vẫn chưa sử dụng?
• Khám phá lò phản ứng đầu tiên trên thế giới có thể sản xuất năng lượng vô tận