Dự án lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ đang chùn bước cuối cùng cũng hoàn thành hệ thống nam châm của nó

Phải mất 20 năm, việc thiết kế và cung cấp nam châm hình xuyến khổng lồ của Dự án Năng lượng Hợp nhất Quốc tế đã hoàn tất. Theo một bản phát hành của ITER, 19 cuộn dây hiện đang ở miền Nam nước Pháp , tạo tiền đề cho dự án tổng hợp hạt nhân quy mô lớn để tạo ra plasma đầu tiên... cuối cùng.

ITER là tổ chức hợp tác gồm 35 quốc gia nhằm xây dựng tokamak nhằm kiểm tra tính khả thi của phản ứng tổng hợp hạt nhân như một nguồn năng lượng. Tokamak là một thùng chứa hình bánh rán chứa plasma cháy được cung cấp nhiên liệu bởi các phản ứng nhiệt hạch.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là phản ứng xảy ra khi hai hoặc nhiều hạt nhân nhẹ của nguyên tử kết hợp với nhau tạo thành một hạt nhân duy nhất, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ trong quá trình này. Đừng nhầm lẫn điều đó với phản ứng phân hạch hạt nhân, giải phóng năng lượng và chất thải phóng xạ bằng cách tách các hạt nhân nặng ra. Phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra một cách tự nhiên—đó là phản ứng cung cấp năng lượng cho các ngôi sao—nhưng không phải trên Trái đất. Tuy nhiên, các nhà vật lý và kỹ sư có thể tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân trong môi trường phòng thí nghiệm, trong tokamaks và sử dụng tia laser . Nghe có vẻ ngớ ngẩn nhưng đó không phải là phần khó khăn. Bí quyết thực sự là tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng nhiệt hạch tạo ra nhiều năng lượng hơn mức chúng cần để xúc tác, theo lý thuyết tạo ra năng lượng vô hạn.

Tokamaks sử dụng nam châm để chứa và điều khiển plasma của chúng. Các cuộn dây từ trường hình xuyến của ITER—các nam châm của thí nghiệm—sẽ được làm lạnh xuống chỉ -452,2 độ F (-269 độ C), khiến chúng trở nên siêu dẫn. Các cuộn dây cao 56 feet (17 mét) sẽ được quấn quanh bình hình bánh rán chứa plasma, cho phép các nhà khoa học của ITER kiểm soát phản ứng tổng hợp trong bình chân không.

ITER sẽ lớn hơn bất kỳ tokamak nào khác, với một nam châm điện từ trung tâm được tạo thành từ sáu mô-đun nam châm nặng 110 tấn. Toàn bộ tokamak sẽ nặng tới 23.000 tấn và nam châm của nó sẽ tạo ra từ trường mạnh hơn khoảng 300.000 lần so với trường được tạo ra bởi toàn bộ hành tinh quái đản của chúng ta. Plasma của nó sẽ được nung nóng tới 302 triệu độ F (150 triệu độ C), nóng gấp 10 lần so với lõi Mặt trời. ITER dự kiến ​​sẽ tổ chức plasma đầu tiên vào năm tới, với phản ứng nhiệt hạch đầu tiên dự kiến ​​vào năm 2035 , theo đường cơ sở cập nhật được trình bày tại Hội đồng ITER lần thứ 34 vào tháng trước. Lịch trình cơ sở cập nhật sẽ được công bố công khai trong cuộc họp báo vào thứ Tư tuần này, ngày 3 tháng 7.

ITER được Gorbachev và Ronald Reagan giới thiệu vào năm 1985, mặc dù dự án chỉ được thực hiện vào năm 2005. Gần 20 năm sau, các thí nghiệm vẫn chưa được tổ chức tại tokamak. Theo báo cáo của Scientific American , chi phí của ITER đã tăng gấp bốn lần kể từ khi nó bắt đầu, với những ước tính gần đây đưa dự án lên tới hơn 22 tỷ USD; khiếm khuyết kỹ thuật và đại dịch Covid đã góp phần gây ra sự chậm trễ.

Một sự thật hiển nhiên - được lặp đi lặp lại đến mức sáo rỗng - cho rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân với tư cách là một nguồn năng lượng luôn phải mất 50 năm nữa mới có được. Nó mãi mãi vượt xa những công nghệ ngày nay và giống như một người yêu cũ không thể thay đổi được, chúng ta luôn được nói rằng “lần này mọi chuyện sẽ khác”. ITER nhằm mục đích chứng minh tính khả thi về mặt công nghệ của năng lượng nhiệt hạch, nhưng quan trọng  không phải là khả năng tồn tại về mặt kinh tế của nó. Đó là một vấn đề khó chịu khác: làm cho năng lượng nhiệt hạch không chỉ là nguồn năng lượng khả thi mà còn là nguồn năng lượng khả thi cho lưới điện.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân được coi là chén thánh của vật lý năng lượng, một cách để chấm dứt sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch. Nhưng nó  sẽ không đến đủ sớm để giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu ngày càng tồi tệ . Nói cách khác, ngay cả khi ITER thể hiện một bước đột phá lớn về mặt kỹ thuật thì đó cũng chỉ là một phần trong nút thắt Gordian của một vấn đề. Không phải là một tấm chăn ướt về phản ứng tổng hợp—chúng ta đang tiến gần hơn, như đã được chứng minh bằng mức hòa vốn công nghệ của Cơ sở Đánh lửa Quốc gia vào năm 2022 —nhưng vẫn còn một chặng đường dài phía trước.

Xem thêm: Liệu phản ứng tổng hợp hạt nhân có bao giờ cung cấp năng lượng cho thế giới?