Không chỉ có Trung Quốc, nước Anh cũng sở hữu một “Mặt trời nhân tạo” đỉnh không kém. Có thể tỏa ra nhiệt lượng lên đến 100 triệu độ C. Nói chính xác hơn thì “mặt trời” này chính là một lò tổng hợp hạt nhân. Hoặc còn được gọi là lò phản ứng nhiệt hạch. Phát minh lần này thuộc quyền sở hữu của Công ty Tokamak Energy. Mục tiêu của họ là phát triển và thương mai hóa phát minh mới. Đưa những lò tổng hợp hạt nhân đến gần hơn với người tiêu dùng. Thay vì chỉ một vài đơn vị có đủ khả năng để đảm nhiệm, vận hành cỗ máy này. Hãy cùng chúng mình khám phá qua về “Mặt trời nhân tạo” mới này nhé!
“Mặt trời nhân tạo” của Anh dùng cho mục đích thương mại
Thiết bị tổng hợp hạt nhân hay còn gọi là phản ứng nhiệt hạch. Do Công ty Tokamak Energy phát triển khả thi về mặt thương mại. Khác với lò phản ứng phân hạch hạt nhân thông thường. Trong đó năng lượng được giải phóng từ quá trình tách nguyên tử uranium. Nhà máy năng lượng nhiệt hạch không bao giờ nóng chảy. Lò phản ứng nhiệt hạch dựa trên phản ứng hợp nhất hai nguyên tử hydro thành heli. Và giải phóng năng lượng khổng lồ. Chỉ lạnh đi khi bị trục trặc. Hơn nữa, nhiên liệu của lò phản ứng này không tạo ra khí thải. Và có chi phí rẻ bởi vật liệu thô là hydro có thể khai thác từ nước biển.
Phiên bản nhỏ di động của lò phản ứng có thể cung cấp năng lượng cho máy bay và tàu container. Giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO2. Nhiệt sinh ra từ lò phản ứng nhiệt hạch có thể được khai thác. Thông qua thiết bị do nhóm nghiên cứu ở Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh tại Oxfordshire sáng chế. Gọi là bộ rẽ hướng. Nguồn nhiệt này sẽ phục vụ làm nóng hơi nước để quay turbine, phát điện. Giúp cung cấp năng lượng cho các động cơ đẩy.
“Mặt trời nhân tạo” nóng gấp 6 lần so với mặt trời thật
Theo tiến sĩ David Kingham, người đồng sáng lập kiêm phó chủ tịch Tokamak Energy. Trong vòng vài tuần tới, lò phản ứng ST 40 trong khu công nghiệp ở thung lũng Thames gần Didcot. Và sẽ vượt qua cột mốc quan trọng khi dòng plasma đạt nhiệt độ 100 triệu độ C. Nóng hơn 6 lần so với lõi Mặt trời (khoảng 15 triệu độ C). Ông nhấn mạnh công ty đang trên đà cung cấp nhà máy điện nhiệt hạch thương mại đầu tiên trên thế giới vào cuối thập niên 2030. Nhiều nhà máy sẽ được mở trên toàn cầu với thiết bị do Anh sản xuất. Mỗi cỗ máy có công suất ổn định là 150 MW. Đủ để đáp ứng nhu cầu điện cho thành phố 150.000 dân như thành phố Oxford ở gần đó.
Nhà máy Didcot thu hút 207,6 triệu USD từ các nhà đầu tư tư nhân cùng với kinh phí 13,8 triệu USD từ chính phủ. Hiện nay, số lượng nhân sự của nhà máy là 165 người, bao gồm các nhà khoa học hàng đầu từ Anh và khắp nơi trên thế giới. Con số này sẽ tăng gấp đôi vào cuối năm sau khi công ty mở thêm phòng thí nghiệm và phân xưởng mới.
Cách lò phản ứng tạo ra 100 triệu độ C
Nhược điểm của lò phản ứng nhiệt hạch là rất khó để giữ trạng thái nhiệt độ rất cao tại tâm lò. 100 triệu độ C là nhiệt độ cao gấp 6 lần nhiệt độ tại lõi Mặt Trời, cần phải được duy trì trong một “chai từ tính” có hình dạng giống bánh vòng doughnut trong thời gian đủ lâu để phản ứng nhiệt hạch xảy ra. Để tạo ra nhiệt độ này, trước hết plasma (trạng thái thứ 4 của vật chất, chỉ bao gồm các hạt mang điện), sẽ được chứa trong một buồng chân không sau đó cho dòng điện chạy qua để gia nhiệt.
Hai cuộn dây từ tính siêu dẫn sẽ được sử dụng để tạo ra từ trường theo cả phương ngang và dọc, tạo ra một cái “lồng từ tính” để chứa và định hình plasma. Nhiệt độ do dòng điện plasma tạo ra sẽ đạt tới 1/3 mức nhiệt 100 triệu độ C. Tiếp theo, các nguyên tử hydro trung hòa điện sẽ được đưa vào trong dòng plasma tốc độ cao. Chúng sẽ bị ion hóa và “bẫy” trong từ trường, giảm tốc độ và truyền năng lượng vào plasma, tiếp tục gia nhiệt cho lò để đạt tới 100 triệu độ C.
Công nghệ mới của Tokamak Energy khiến đối thủ lo sợ
Các lò phản ứng khác sử dụng nam châm điện từ để duy trì dòng plasma. Chúng được chế tạo từ chất siêu dẫn, vật liệu không cản trở dòng điện khi nguội tới gần độ 0 tuyệt đối là -273 độ C. Nhưng duy trì nhiệt độ thấp như vậy cần năng lượng khổng lồ, nhiều đến mức tiêu hao phần lớn công suất của lò phản ứng. Để giải quyết vấn đề này, Tokamak Energy đã phát triển và xin cấp bằng sáng chế nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao, chỉ tiêu hao 1/10 năng lượng, sử dụng hợp chất đất hiếm bari đồng oxit.
Cải tiến thứ hai của công ty nằm ở hình dáng lò phản ứng giống quả táo có lõi. Các thiết kế trước đây đều có hình bánh vòng. Thay đổi này giúp thiết kế của công ty hiệu quả hơn hẳn. Kết hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao với lò phản ứng hình cầu mang lại lợi thế lớn, khiến loại năng lượng này rẻ hơn rất nhiều, theo Kingham.
Một số đối thủ tư nhân khác của Tokamak Energy cũng đang gấp rút phát triển năng lượng nhiệt hạch thương mại, bao gồm hãng Lockheed Martin ở Mỹ và tỷ phú Jeff Bezos, người vừa công bố kế hoạch xây dựng nhà máy riêng ở Oxfordshire. Ngoài ra, dự án quốc tế ITER, lò phản ứng thử nghiệm do 35 quốc gia hợp tác xây dựng nằm ở miền nam nước Pháp, đã đi vào khởi công năm 2007 và dự kiến vận hành cuối thập niên 2020. ITER có kích thước tương đương 60 sân bóng đá trong khi mô hình lò của Tokamak Energy chỉ lớn bằng một ngôi nhà bình thường.