Khám Phá Quá Trình Hình Thành Plasma Trong Lò Phản Ứng Nhiệt Hạch

Công ty Tokamak Energy vừa công bố hình ảnh ấn tượng bên trong lò phản ứng tokamak khi nhiệt độ đạt tới mức 100 triệu độ C, tạo ra plasma đặc biệt.

Ảnh: Tokamak Energy

Công ty Tokamak Energy, có trụ sở tại Anh, đang phát triển công nghệ năng lượng nhiệt hạch qua thiết bị được gọi là lò tokamak hình cầu. Thiết bị này có cấu trúc dạng vòng và sử dụng từ trường mạnh để giữ cho dòng plasma siêu nóng luôn ổn định. Plasma, được xem là trạng thái vật chất thứ tư bên cạnh rắn, lỏng, khí, bao gồm các electron mang điện tích âm và các ion mang điện tích dương được tách rời trong môi trường có nhiệt độ cực cao.

Khi nguyên tử hydro đạt đến nhiệt độ cần thiết để trở thành plasma, chúng sẽ tích điện dương và đẩy nhau ra. Tại mặt trời, áp lực cực lớn đến từ lực hấp dẫn cho phép các nguyên tử chịu được lực đẩy này. Tuy nhiên, điều này rất khó tái tạo tại Trái đất, vì vậy các nhà khoa học phải làm nóng plasma lên mức cao hơn để tạo ra áp suất đủ lớn. Nhiệt độ càng cao, vận tốc chuyển động của nguyên tử sẽ tăng, từ đó vượt qua lực đẩy và dẫn đến hiện tượng sáp nhập. “Quá trình này yêu cầu nhiệt độ hơn 100 triệu độ C, gấp sáu lần nhiệt độ tại lõi Mặt trời”, giám đốc điều hành Tokamak Energy, Chris Kelsall, cho biết.

Khi sáp nhập, các nguyên tử hydro sẽ hình thành nguyên tử heli và một neutron, mang lại 80% năng lượng từ phản ứng này. Đoạn video mà Tokamak Energy công bố cho thấy khoảnh khắc lò phản ứng đạt 100 triệu độ C. Tất cả các quá trình này diễn ra trong một phần triệu giây và chỉ có một lượng nhỏ nguyên tử tham gia vào sự sáp nhập. Để quy mô hoàn chỉnh, nhà máy năng lượng nhiệt hạch cần hoạt động lâu dài, và hiện tại chưa có nhà máy nào như vậy được xây dựng.

Để duy trì điều kiện khắc nghiệt, plasma siêu nóng cần được giữ trong một không gian hạn chế, vì lý do này mà lò tokamak được trang bị nhiều nam châm. “Chúng tôi cần một hệ thống nam châm lớn”, trưởng phòng kỹ thuật Tokamak Energy, Tony Langtry, cho biết. “Từ trường điều khiển plasma được sinh ra nhờ dòng điện lớn chạy qua các vật dẫn. Khi dòng điện di chuyển, nó tạo ra từ trường mạnh. Plasma cũng mang điện, do đó, nó sẽ phản ứng và bị điều chỉnh bởi từ trường này”.

Bên trong lò phản ứng nhiệt hạch tokamak của Tokamak Energy.

Hiện tại, mẫu lò tokamak đang hoạt động là ST40, sử dụng nam châm đồng để giữ plasma ổn định. Theo ông Kelsall, đồng là vật liệu dẫn điện tốt, nhưng nó cũng có điện trở, dẫn tới sự tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt. Ngược lại, các chất siêu dẫn sẽ không tạo ra điện trở và không tiêu tốn nhiệt nếu được sử dụng trong điều kiện thích hợp.

Mô hình tokamak tiếp theo, ST80, sẽ áp dụng vật liệu siêu dẫn để tạo ra từ trường mạnh hơn nhằm kiểm soát plasma hiệu quả hơn. Ông Kelsall dự đoán rằng mẫu lò này sẽ hoàn thành vào năm 2026 hoặc 2027. Sau ST80, các nhà nghiên cứu sẽ chuyển sang dự án ST-E1, một thử nghiệm thương mại với mục tiêu chứng minh khả năng cung cấp điện cho lưới điện từ công nghệ này. Họ hy vọng hoàn thành dự án vào đầu thập niên 2030.

Để có thêm thông tin hữu ích và góc nhìn thực tiễn về chủ đề liên quan, bạn có thể tham khảo bài viết Tìm Ra Nơi An Toàn Nhất Khi Thảm Họa Hạt Nhân Xảy Ra. Nội dung này sẽ giúp bạn nắm rõ hơn các điểm then chốt và áp dụng dễ dàng hơn.

Để có thêm thông tin hữu ích và góc nhìn thực tiễn về chủ đề liên quan, bạn có thể tham khảo bài viết Khám Phá Vật Thể Nguy Hiểm Nhất Hành Tinh: Bàn Chân Voi Tại Chernobyl. Nội dung này sẽ giúp bạn nắm rõ hơn các điểm then chốt và áp dụng dễ dàng hơn.

Để có thêm thông tin hữu ích và góc nhìn thực tiễn về chủ đề liên quan, bạn có thể tham khảo bài viết Khám Phá Vận May Bất Ngờ Của Lão Nông Đào Măng Tìm Thấy Kho Báu. Nội dung này sẽ giúp bạn nắm rõ hơn các điểm then chốt và áp dụng dễ dàng hơn.