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.
Tổng hợp