Xây dựng thành công lò phản ứng nhiệt hạch dạng Stellarator

Sau 19 năm nghiên cứu, 1,1 triệu tiếng làm việc không mệt mỏi, tiêu tốn hơn 1 tỷ euro, cuối cùng thì các nhà khoa học tại Viện Max Planck đã xây dựng hoàn tất Wendelstein 7-X - một lò phản ứng hợp hạch hạt nhân dạng Stellarator lớn nhất từ trước tới nay. Công cuộc đi tìm nguồn năng lượng gần như vĩnh cửu cho nhân loại lại tiến thêm một bước, "con ngựa bất kham" đã được thuần hóa và phục vụ con người?

Xây dựng thành công lò phản ứng nhiệt hạch dạng Stellarator lớn nhất thế giới

Trước giờ ngoài năng lượng gió, sóng biển hoặc Mặt Trời thì các nhà khoa học luôn nghĩ tới phản ứng hạt nhân như một cách để giúp nhân loại giải tỏa cơn khát năng lượng đang ngày càng cấp bách. Loại phản ứng hứa hẹn nhất là hợp hạch hạt nhân (phản ứng tổng hợp hạt nhân, phản ứng nhiệt hạch). Tuy nhiên, đây vẫn là "con ngựa bất kham" mà cho tới nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể kiểm soát được phản ứng và cho ra mức năng lượng khả dụng.

Một trong những cách tiếp cận được cho là có nhiều triển vọng nhất để thực hiện phản ứng là thiết bị tạo từ trường hình xuyến Tokamak do Liên Xô chế tạo để giam giữ plasma bên trong nhằm duy trì phản ứng nhiệt hạch. Hiện tại, thế giới còn khoảng 100 thiết bị dạng Tokamak đang hoạt động nhưng dù qua nhiều năm, qua các thế hệ X, XX nhưng Tokamak vẫn chưa thể tạo ra mức năng lượng khả dụng để xây dựng nhà máy điện do còn nhiều nhược điểm chưa thể vượt qua.

Một cách tiếp cận khác là thiết bị dạng Stellarator. Nó cũng tương tự như Tokamak, giam khí siêu nóng bên trong từ trường để duy trì phản ứng. Tuy nhiên, cả 2 đều có kết cấu tổng thể tạo từ trường hình bánh donut và nó mắc phải nhược điểm là: từ trường ở càng gần tâm thì càng mạnh, và nó sẽ yếu dần khi ra mép bên ngoài.

Dù vậy, điểm khác nhau của Stellarator và Tokamak là cách giải quyết vấn đề. Tokamak sử dụng dòng điện để xoắn các electron và ions trong plasma, tạo ra một vòng lặp theo chiều dọc cũng như chiều ngang trong chiếc bánh donut. Tuy nhiên do sử dụng điện nên khi gặp sự cố về điện, từ trường cũng sẽ bị phá vỡ và lò phản ứng sẽ bị tổn hại, rất nguy hiểm.

Ngược lại, Stellarator tạo ra vòng lặp ngang dọc này bằng chính thiết kế ban đầu của thiết bị, bọc thêm các cuộn dây vào chiếc bánh donut. Tuy nhiên, cách làm này lại khiến Stellarator khó xây dựng hơn Tokamak mặc dù nó có ưu điểm là không cần xài điện. Nhưng nếu xây dựng thành công, phản ứng sẽ được diễn ra an toàn hơn do từ trường được tạo thành từ các cuộn dây bọc vòng quanh, giữ cho plasma luôn ở bên trong.

Giờ đây, sau nhiều năm nghiên cứu thì Wendelstein 7-X - lò phản ứng nhiệt hạch dạng Stellarator lớn nhất thế giới đã được các nhà khoa học tại tại Viện Max Planck, Đức, xây dựng hoàn tất. Được biết, các nhà nghiên cứu đã sử dụng sự trợ giúp của siêu máy tính để thiết kế ra hình dáng của lò với độ chính xác cực kỳ cao nhằm đẩy hiệu suất phản ứng lên mức mong muốn.

Giờ đây, công việc của các nhà nghiên cứu chỉ còn đợi phê duyệt từ Cơ quan quản lý hạt nhân của Đức là có thể vận hành lò phản ứng. Nếu mọi chuyện suôn sẻ, tháng 10 mọi thủ tục sẽ hoàn tất và lò sẽ chính thức đi vào hoạt động. Đây không chỉ là một nhà máy điện đơn thuần mà việc xây dựng thành công Wendelstein 7-X còn được cho là một sự kiện có thể thay đổi cả thế giới.

Thành công này sẽ được nhân rộng, tạo nên những nhà máy điện không khí thải, hiệu suất cực kỳ cao và theo giáo sư Thomas Klinger, giám đốc dự án xây dựng lò phản ứng thì "Hãy tưởng tượng với lò phản ứng này, bạn chỉ cần tốn 3 chai nước là có thể cung cấp điện cho cả một hộ gia đình trong suốt cả năm". Thật quả không ngoa khi nói rằng năng lượng tưởng chừng chỉ có trên những vì sao đã được con người tạo ra thành công.

Video giới thiệu cấu trúc và cách hoạt động của lò​: