• Nội dung:
• # ITER – Bước tiến khoa học mang tầm chiến lược trong hành trình chinh phục năng lượng nhiệt hạch của nhân loại
• # Cơ chế của phản ứng tổng hợp hạt nhân
• # Ưu thế nổi bật của năng lượng nhiệt hạch
• # Thách thức và triển vọng lâu dài

ITER – Bước tiến khoa học mang tầm chiến lược trong hành trình chinh phục năng lượng nhiệt hạch của nhân loại

Việc bảo đảm an ninh năng lượng gắn với phát triển bền vững đang trở thành yêu cầu cấp thiết của toàn nhân loại. Trong bối cảnh đó, các nhà khoa học quốc tế đang từng bước hiện thực hóa một mục tiêu mang tính đột phá: khai thác năng lượng nhiệt hạch – nguồn năng lượng vận hành tương tự như Mặt trời – để phục vụ đời sống con người trên Trái đất.

Theo thông tin từ Euronews, tại khu vực Provence (Cộng hòa Pháp), các nhà khoa học hàng đầu thế giới đang triển khai một trong những thí nghiệm khoa học lớn nhất và tham vọng nhất từng được thực hiện: Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER). Đây được xem là nền tảng quan trọng nhằm chứng minh tính khả thi của năng lượng nhiệt hạch ở quy mô công nghiệp.

Mục tiêu xuyên suốt của dự án ITER là xây dựng thiết bị tổng hợp hạt nhân lớn nhất thế giới, khai thác phản ứng tương tự như phản ứng cung cấp năng lượng cho Mặt trời và các ngôi sao – nguồn năng lượng gần như vô hạn, không phát thải carbon.

Hình ảnh mô phỏng Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER), biểu tượng cho nỗ lực khoa học toàn cầu trong việc làm chủ năng lượng nhiệt hạch.

Ông Laban Coblentz, Giám đốc Truyền thông của ITER, khẳng định: “Chúng tôi đang chế tạo thiết bị phức tạp nhất từng được thiết kế trong lịch sử khoa học hiện đại”. Theo ông, nhiệm vụ then chốt của dự án là chứng minh khả năng khai thác phản ứng tổng hợp hạt nhân ở quy mô công nghiệp, qua đó mở ra triển vọng mới cho ngành năng lượng toàn cầu.

Trọng tâm kỹ thuật của ITER là tokamak – khoang chứa từ trường lớn nhất từng được xây dựng – đặt tại miền Nam nước Pháp. Thiết bị này có nhiệm vụ giữ và kiểm soát plasma ở nhiệt độ cực cao, tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt hạch diễn ra ổn định.

Dự án ITER được chính thức khởi động trên cơ sở thỏa thuận ký kết năm 2006 tại Điện Elysée (Paris) với sự tham gia của Mỹ, Liên minh châu Âu, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ và Hàn Quốc. Đến nay, hơn 30 quốc gia đang cùng hợp tác, thể hiện tinh thần đoàn kết quốc tế trong lĩnh vực khoa học – công nghệ.

Khi hoàn thiện, tổ hợp ITER dự kiến nặng khoảng 23.000 tấn và có khả năng chịu được nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C – cao gấp nhiều lần so với lõi Mặt trời. Theo ông Coblentz, đây không chỉ là một cơ sở nghiên cứu đơn lẻ mà là sự hội tụ của các phòng thí nghiệm quốc gia thuộc 35 nước trên thế giới.

Cơ chế của phản ứng tổng hợp hạt nhân

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là quá trình hai hạt nhân nguyên tử nhẹ hợp nhất thành một hạt nhân nặng hơn, đồng thời giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Trong Mặt trời, phản ứng này diễn ra nhờ lực hấp dẫn cực mạnh tại lõi sao.

Trên Trái đất, các nhà khoa học đang nghiên cứu hai phương pháp chính để tạo ra phản ứng nhiệt hạch. Phương pháp thứ nhất sử dụng tia laser công suất cao bắn vào các viên nhiên liệu cực nhỏ chứa deuterium và tritium. Phương pháp thứ hai – cũng là hướng đi của ITER – là phản ứng tổng hợp từ tính.

Ông Coblentz cho biết: “Chúng tôi sử dụng một khoang rất lớn, khoảng 800m³, chỉ với 2–3 gram nhiên liệu deuterium và tritium, rồi nâng nhiệt độ lên tới 150 triệu độ C. Ở điều kiện này, các hạt có đủ năng lượng để vượt qua lực đẩy điện tích và hợp nhất, từ đó giải phóng năng lượng”.

Trong tokamak, các hạt tích điện được giữ lại bằng từ trường mạnh, trong khi neutron mang năng lượng cao va vào thành khoang, truyền nhiệt và làm nóng nước xung quanh. Về lý thuyết, lượng nhiệt này sẽ được chuyển hóa thành điện năng thông qua hệ thống tuabin hơi nước.

Ông Richard Pitts, Trưởng bộ phận Khoa học của ITER, cho biết nghiên cứu tokamak là kết quả kế thừa của gần 70 năm phát triển khoa học, bắt đầu từ những thí nghiệm đầu tiên tại Liên Xô cũ vào thập niên 1940–1950. Qua thời gian, các tokamak ngày càng được mở rộng về quy mô để tiến gần hơn đến mục tiêu phát điện.

Toàn cảnh khu vực xây dựng ITER – một trong những công trình khoa học lớn nhất thế giới hiện nay.

Ưu thế nổi bật của năng lượng nhiệt hạch

Từ những năm 1950, nhân loại đã khai thác năng lượng hạt nhân thông qua phản ứng phân hạch, với hơn 400 lò phản ứng đang hoạt động trên toàn cầu. Tuy nhiên, phân hạch luôn tiềm ẩn rủi ro an toàn và đặt ra bài toán nan giải về xử lý chất thải phóng xạ.

Ngược lại, năng lượng nhiệt hạch được đánh giá có mức độ an toàn vượt trội. ITER nhấn mạnh rằng một nhà máy nhiệt hạch chỉ cần vài gram nhiên liệu hydro để tạo ra lượng năng lượng lớn, trong khi sản phẩm tạo thành chủ yếu là helium không phóng xạ và neutron, lượng chất thải phóng xạ tồn dư rất nhỏ.

Ông Coblentz nhận định: “Hiệu quả an toàn của nhiệt hạch là điều không thể so sánh. Chúng ta sử dụng lượng nhiên liệu cực nhỏ, và gần như không để lại chất phóng xạ lâu dài”.

Thách thức và triển vọng lâu dài

Mặc dù mang lại nhiều kỳ vọng, dự án ITER cũng đang đối mặt với những thách thức rất lớn. Việc kiểm soát plasma ở nhiệt độ 150 triệu độ C là một bài toán kỹ thuật vô cùng phức tạp. Bên cạnh đó, dự án còn chịu tác động từ sự chậm trễ kỹ thuật, đại dịch Covid-19 và biến động địa chính trị.

Chi phí ban đầu dự kiến khoảng 5 tỷ euro đã tăng lên hơn 20 tỷ euro, trong khi mốc vận hành toàn bộ hệ thống được điều chỉnh lùi về sau năm 2035. Dù vậy, các bên tham gia vẫn khẳng định cam kết hợp tác dài hạn, coi đây là khoản đầu tư chiến lược cho tương lai năng lượng của nhân loại.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng, năng lượng nhiệt hạch được xem là lời giải lâu dài cho bài toán phát triển bền vững. ITER thừa nhận rằng đây không phải giải pháp tức thời, nhưng là nền tảng khoa học không thể thiếu cho những thập kỷ tới.

Như ông Coblentz nhấn mạnh: “Nếu trong tương lai nhân loại phải tiêu tốn năng lượng để di chuyển cả các thành phố do mực nước biển dâng cao, thì nhiệt hạch sẽ là câu trả lời rõ ràng”. Quan điểm này cho thấy tầm nhìn chiến lược của dự án ITER – một bước đi khoa học vì lợi ích lâu dài của toàn thế giới.