MẶT TRỜI NHÂN TẠO LỚN NHẤT THẾ GIỚI ĐÃ BẮT ĐẦU ĐƯỢC LẮP RÁP
Mặt trời nhân tạo' lớn nhất thế giới đã bắt đầu được lắp ráp
Hôm qua 28/7, Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạt nhân Quốc tế (ITER) đã tổ chức lễ lắp đặt và ra mắt ở miền Nam nước Pháp. Lãnh đạo của 35 quốc gia đối tác đã tham gia lễ kỷ niệm từ xa thông qua hệ thống truyền phát trực tiếp. Đây là dự án được xây dựng bởi Liên minh châu Âu EU, Trung Quốc, Mỹ, Nga, Anh, Ấn Độ, Nhật Bản và Hàn Quốc, với chi phí 20 tỷ euro.
ITER được xem là dự án khoa học quốc tế lớn và có ảnh hưởng nhất thế giới, cũng là dự án hợp hạch hạt nhân lớn nhất trong lịch sử loài người với thiết bị chính chứa hàng triệu bộ phận. Mục đích chính của dự án ITER là mô phỏng quá trình tổng hợp hạt nhân tạo ra năng lượng từ mặt trời, vì vậy thiết bị cốt lõi của nó "Tokamak" còn được gọi là "mặt trời nhân tạo".
Quá trình lắp ráp đã bắt đầu và dự kiến kéo dài 5 năm.
Về cơ bản, mặt trời tạo ra năng lượng thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân, truyền ánh sáng và nhiệt tới Trái đất, để sự sống trên Trái đất có thể tiếp tục. ITER đặt mục đích tạo ra năng lượng bằng cách bắt chước quá trình tổng hợp hạt nhân của mặt trời. Phản ứng tổng hợp hạt nhân này nếu thành công có thể cung cấp năng lượng sạch và đáng tin cậy mà không tạo ra khí thải carbon. Phản ứng tổng hợp hạt nhân cũng an toàn vì chỉ cần một lượng nhiên liệu nhỏ và không có khả năng rò rỉ vật lý do nguyên liệu bị tan chảy.
Chưa kể, năng lượng được giải phóng bởi nhiên liệu hạt nhân có kích thước một quả dứa sẽ tương đương năng lượng được giải phóng bằng cách đốt cháy 10.000 tấn than. Chi phí xây dựng và vận hành lò phản ứng tổng hợp hạt nhân cũng tương tự như chi phí xây lò phản ứng phân hạch hạt nhân, nhưng chất thải mà nó tạo ra không đòi hỏi chi phí cao và thời gian dài để xử lý.
Sơ đồ bên trong thiết bị Tokamak.
Tổng giám đốc ITER, ông Bernard Bigot, phát biểu tại lễ ra mắt rằng năng lượng do dự án ITER mang lại sẽ là "phép màu của Trái đất" và năng lượng do phản ứng tổng hợp hạt nhân và các nguồn năng lượng tái tạo khác sẽ thay đổi việc sử dụng năng lượng của thế giới.
Trong cả dự án, Pháp là nước chủ nhà. Liên minh châu Âu, Vương quốc Anh và Thụy Sĩ cung cấp 45% kinh phí cho dự án ITER. Các quốc gia thành viên khác đóng góp khoảng 9%. Nhưng khoảng 90% đóng góp của các quốc gia thành viên ITER được cung cấp bằng hiện vật, để thêm vào các thành phần phức tạp của cỗ máy này. Cái tên Tokamak, xuất phát từ tiếng Nga và có nghĩa là "vòng từ tính".
Mỗi quốc gia chịu trách nhiệm về một bộ phận riêng.
Để chuẩn bị cho việc lắp ráp, những bộ phận khổng lồ chưa từng có đã được chuyển đến Pháp lần lượt trong những tháng gần đây. Hầu hết các thành phần nặng vài trăm tấn và dài hơn 15 mét. Những phần này là kết quả của hơn 5 năm nghiên cứu công nghệ trong các nhà máy, trường đại học và phòng thí nghiệm ở các quốc gia trên toàn thế giới.
Các thành phần của Tokamak cũng phải đáp ứng các thông số kỹ thuật rất nghiêm ngặt, vừa phải đảm bảo tuân theo thời gian biểu phức tạp để đến Pháp đúng thời điểm. Tiến sĩ Bernard Bigot mô tả việc lắp ráp một bộ phận của cỗ máy này giống như "giải một câu đố ba chiều trên dòng thời gian phức tạp".
Nếu thành công, khi vận hành, nhà máy điện hạt nhân của dự án ITER sẽ tạo ra khoảng 500 megawatt năng lượng nhiệt. Nếu nó tiếp tục hoạt động và được kết nối với lưới điện, năng lượng được tạo ra sẽ chuyển đổi thành khoảng 200 megawatt điện, đủ dùng cho 200.000 hộ gia đình.
Một mô-đun điện từ trong lõi trung tâm.
Tuy nhiên, dự án này vẫn còn nhiều khó khăn phải khắc phục. Ví dụ như các vấn đề về trọng lượng và kích thước của phần lõi tokamak, cùng với việc kết hợp linh kiện giữa các nhà sản xuất khác nhau, hay thời gian xây dựng chặt chẽ. ITER có kế hoạch hoàn thành việc lắp đặt trong 4 tới 5 năm và dự kiến thực hiện lần phóng plasma đầu tiên vào năm 2025.
Quá trình làm việc của lò phản ứng tổng hợp hạt nhân
1. Một vài gram khí deuterium và triti được bơm vào buồng phản ứng hình một chiếc bánh rán khổng lồ của Tokamak.
2. Làm nóng khí cho đến khi nó trở thành trạng thái plasma, hay thể khí ion hóa giống như đám mây.
3. Sản xuất và kiểm soát "đám mây" này với nam châm siêu dẫn nặng 10.000 tấn.
4. Khi plasma đạt 150 triệu độ C, phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra, với nhiệt độ cao gấp 10 lần nhiệt độ của lõi mặt trời.
5. Các neutron năng lượng cực cao được tạo ra từ phản ứng tổng hợp hạt nhân thoát ra khỏi lồng từ tính và truyền năng lượng dưới dạng nhiệt.
6. Nước lưu thông trong thành Tokamak có thể hấp thụ nhiệt thoát ra và tạo ra hơi nước. Trong các lò phản ứng thương mại, quá trình này thúc đẩy các tuabin hơi quay để tạo ra điện.
Thiết bị nặng 1200 tấn này vừa được Trung Quốc vận chuyển tới Pháp để lắp đặt 'Mặt Trời nhân tạo'
Theo đài CGTN, tập đoàn hạt nhân quốc gia Trung Quốc (CNNC) vừa vận chuyển một bộ phận đặc biệt quan trọng phục vụ dự án Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạt nhân Quốc tế (International Thermonuclear Experimental Reactor – ITER) trị giá 21 tỷ USD tại trung tâm nghiên cứu khoa học Cadarache, Pháp.
Mặc dù dịch COVID-19 đang diễn biến phức tạp, việc vận chuyển đế giữ lạnh vẫn phải theo đúng tiến độ đề ra (Ảnh chụp màn hình)
Có trọng lượng lên tới 1200 tấn, bộ phận này được gọi là đế giữ lạnh, vốn đóng vai trò là lá chắn quan trọng cho lò phản ứng thuộc kiểu Tokamak của dự án ITER.
Theo CNNC, đế giữ lạnh phải được vận chuyển theo đúng tiến độ để dự án ITER có thể khởi động quá trình lắp đặt lò. Khoảng 48 nhân viên của CNNC hiện đang chuẩn bị tháo dỡ và lắp đặt thiết bị tại Pháp. Vào tháng 9 năm ngoái, CNNC đã kí kết hợp đồng hợp tác với ban quản lý dự án ITER.
"Chúng tôi tự tin mình có thể hoàn thành nhiệm vụ đạt cả về chất lẫn lượng", Li Quang, giám đốc dự án ITER, đồng thời cũng là phó tổng quản lý của CNNC cho biết.
Dự án quan trọng và đắt đỏ bậc nhất thế giới, chỉ sau trạm vũ trụ ISS
Được lắp ráp từ 1 triệu linh kiện kích cỡ lớn và khoảng 10 triệu linh kiện nhỏ, lò ITER có đường kính và chiều cao khoảng 30,5 m. Với trọng lượng 25000 tấn, đây cũng là lò phản ứng nhiệt hạch nhất thế giới, có thể tạo ra dòng plasma nóng tới 150 triệu độ C. Nhiệt độ này thậm chí còn nóng hơn cả lõi của Mặt Trời.
Lò ITER có trị giá 21 tỷ USD, được xây dựng dưới sự hợp tác của 30 quốc gia
Lò ITER hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt hạch, khi hai hạt nhân nhẹ của hydro là deuterium và tritium được kết hợp để tạo thành một hạt nhân heli nặng hơn và giải phóng năng lượng. Đây cũng chính là quá trình chính tạo nên sức mạnh của những ngôi sao như Mặt Trời.
Nói cách khác, mục tiêu xây dựng một lò phản ứng nhiệt hạch có thể so sánh với việc "tạo ra một Mặt Trời nhân tạo trên Trái Đất và cắm dây điện vào nó để sử dụng", theo chuyên gia Jonathan Menard, hiện đang làm việc tại Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton.
Mặc dù vậy, để phản ứng nhiệt hạch xảy ra cần mức nhiệt độ rất cao, lên tới 120 triệu độ C, cao hơn nhiều lần nhiệt độ ở lõi Mặt trời. Ở mức nhiệt độ này, mọi vật chất đều tồn tại trong trạng thái plasma.
Đây cũng chính là mục tiêu xây dựng cơ bản của lò ITER, nhằm tạo ra hỗn hợp plasma với nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C - tức là cao gấp 10 lần nhiệt độ trên bề mặt của Mặt Trời. Để tạo ra nhiệt độ siêu nóng này, ITER sử dụng một buồng từ trường hình xuyến có tên Tokamak.
Đế giữ lạnh đóng vai trò lá chắn bảo vệ cho lò phản ứng thuộc kiểu Tokamak của dự án ITER (Ảnh chụp màn hình)
Theo đó, nhiên liệu trong buồng Tokamak được nung nóng tới trên 150 triệu độ C, hình thành plasma cực nóng. Sau đó, các nhà khoa học sẽ dùng từ trường cực mạnh để đưa plasma ra khỏi vỏ an toàn.
Theo kế hoạch, lò ITER sẽ trang bị cuộn dây siêu dẫn tạo ra từ trường với sức mạnh gấp 100.000 lần từ trường của Trái Đất. Bên cạnh đó, các nhà khoa học cũng thiết kế một bồn chứa có đường kính 6m để giam hãm 840 mét khối plasma, tương đương 1/3 thể tích một bể bơi tiêu chuẩn Olympic
Đáng chú ý, dù đạt được nhiệt độ siêu cao, lò phản ứng kiểu Tokamak lại không thể duy trì dòng plasma liên tục trong một khoảng thời gian dài. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã tìm tới một phương án có tên plasma tự duy trì. Cụ thể, khi đạt nhiệt độ 150 triệu độ C, deuterium và tritium sẽ được tổng hợp để tạo ra nguyên tử heli, vốn sẽ bay trong lòng lò và va chạm với thành lò để sản sinh năng lượng dưới dạng nhiệt để đảm bảo plasma có thể tự duy trì trạng thái như vậy một cách liên tục.
Với trọng lượng 25000 tấn, đây cũng là lò phản ứng nhiệt hạch nhất thế giới, có thể tạo ra dòng plasma nóng tới 150 triệu độ C (Ảnh minh họa)
Được biết, dự án xây dựng lò ITER có sự tham gia đóng góp vốn và công nghệ của tổng cộng 35 quốc gia trong vòng 30 năm qua. Liên minh Châu Âu (EU), nơi đặt tổ hợp ITER, đóng góp 45% tổng mức đầu tư của dự án.
Dự kiến, lò phản ứng tổng hợp hạt nhân của dự án sẽ đi vào hoạt động năm 2025. Sau khi hoàn thành, lò phản ứng tổng hợp hạt nhân này sẽ cho phép thế giới nghiên cứu và thí nghiệm về vật lý plasma vào sản xuất điện năng trên quy mô lớn từ các nhà máy điện tổng hợp hạt nhân.
Nếu có thể sản xuất năng lượng theo dự kiến, đây sẽ là lò phản ứng đầu tiên của kỷ nguyên năng lượng nhiệt hạch, giúp thu hẹp khoảng cách từ nghiên cứu nhiệt hạch trong phòng thí nghiệm đến tạo ra điện nhiệt hạch cho các thành phố. Tới năm 2030, nhân loại sẽ có thể xây dựng nhà máy điện nhiệt hạch đầu tiên với công suất khoảng 1GW.
Xem phóng sự của Đài CGTN về hoạt động vận chuyển trang thiết bị từ Trung Quốc tới Pháp phục vụ cho việc lắp đặt lò ITER. Nguồn :CGTN
Nhận xét
Đăng nhận xét