Lò phản ứng siêu dẫn Tokamak của Trung Quốc (EAST) là một trong số những thiết bị nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân đầy hứa hẹn trên thế giới hiện nay. Những lò phản ứng như EAST thường được gọi là "mặt trời nhân tạo" do sức nóng và năng lượng khổng lồ mà nó tạo ra.
Mới đây nhất, các nhà khoa học thuộc dự án EAST đã phá kỷ lục thế giới trong việc duy trì nhiệt độ của plasma ở 120 triệu độ C (gấp khoảng 8 lần nhiệt độ tại lõi của Mặt Trời) trong 101 giây ở lần thử nghiệm mới nhất. Thành công này giúp quốc gia đông dân nhất thế giới tiến gần hơn trong việc tạo ra nguồn năng lượng sạch và vô hạn, theo truyền thông nhà nước Trung Quốc.
Bên trong Lò phản ứng siêu dẫn Tokamak của Trung Quốc
Về cơ bản, các lò phản ứng như EAST 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".
Mặc dù vậy, để phản ứng nhiệt hạch xảy ra cần mức nhiệt độ rất cao, lên tới 120 triệu độ C trở lên. 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 các lò phản ứng như EAST, nhằm tạo ra hỗn hợp plasma với nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C. Để đạt được nhiệt độ siêu nóng này, các lò phản ứng sử dụng khí hydro và deuterium (làm nhiên liệu để mô phỏng phản ứng tổng hợp hạt nhân) bằng cách bơm chúng vào buồng từ trường hình xuyến kiểu Tokamak, vốn lắp đặt các cuộn dây từ tính có khả năng tạo ra từ trường gấp 100.000 lần từ trường của Trái Đất.
Cuối cùng, nhiên liệu trong buồng Tokamak được nung nóng tới trên 150 triệu độ C, hình thành dòng plasma cực nóng. Bản thân dòng plasma cực nóng này sẽ xoáy thành một vòng tròn, được "giam giữ" và định hình bởi lớp từ trường cực mạnh. Cấu trúc từ trường này giữ các phần nóng nhất của plasma cách xa thành Tokamak, tạo ra hiệu ứng cách nhiệt cho phép lò đạt được nhiệt độ rất cao trong thời gian đủ lâu để các phản ứng xảy ra.
Bên trong lò Tokamak, trước và sau khi khởi động quá trình tạo ra phản ứng nhiệt hạch để hình thành dòng plasma nóng 120 triệu độ C.
Vào năm 2016, các nhà khoa học tại EAST làm nóng plasma hydro đến khoảng 50 triệu độ C và duy trì nó trong 102 giây. Vào năm 2018,, nhóm nghiên cứu đã nung nóng plasma lên 100 triệu độ - nóng hơn 6 lần so với lõi của Mặt trời, và giữ mức nhiệt này trong khoảng 10 giây.
Lần thử nghiệm mới nhất đánh dấu một bước tiến nữa của các nhà nghiên cứu Trung Quốc. Theo Tân Hoa Xã, họ đã lập kỷ lục mới ở nhiệt độ 120 triệu độ C đối với plasma nóng và duy trì nó trong 101 giây.
Trong các thí nghiệm riêng biệt, "Mặt trời nhân tạo" của Trung Quốc đã làm nóng plasma lên 160 triệu độ C trong 20 giây. Cuối cùng, mục tiêu được công bố công khai của EAST là giữ plasma ở khoảng 100 triệu độ C trong hơn 1.000 giây, tức khoảng 17 phút.
Cũng phải nói thêm, những thí nghiệm này không được thiết kế để tạo ra điện có thể sử dụng được, mà là để thúc đẩy lĩnh vực vật lý phản ứng tổng hợp hạt nhân cho các thiết bị thế hệ tiếp theo như ITER - lò phản ứng tổng hợp hạt nhân lớn nhất thế giới khi hoàn thành vào năm 2025. Tương tự EAST, các thí nghiệm trên lò phản ứng KSTAR của Hàn Quốc đã lập kỷ lục thế giới vào năm ngoái, duy trì plasma ở hơn 100 triệu độ C trong 20 giây. Ngoài ra quốc gia này cũng thông báo về việc hợp tác phát triển ITER.