Lò phản ứng nhiệt hạch hình donut lập kỷ lục thời gian hoạt động

Để tái nghiên cứu plasma Wendelstein 7-X của Viện Vật lý Plasma Max Planck ở Đức vừa thiết lập kỷ lục mới về sản phẩm ba lần (triple product), duy trì plasma ở nhiệt độ cao trong 43 giây. Kết quả đạt hiệu năng tương đương tokamak JET, hệ lò nhiệt năng phát triển của stellarator.

Bạn sẽ học được gì khi đọc bài này:

• Lò phản ứng nhiệt hạch ở Đức lập kỷ lục thời gian vận hành.
• Tokamak chiếm ưu thế trong nghiên cứu nhiệt hạch 2025, nhưng stellarator đang hồi sinh.
• Stellarator vẫn có hình donut nhưng kéo dài và xoắn, với ưu nhược điểm riêng.

Trong một thông báo năm nay, Viện Vật lý Plasma Max Planck đã chia sẻ đột phá từ stellarator hàng đầu thế giới của họ, Wendelstein 7-X. Stellarator là một lò phản ứng nhiệt hạch với mục tiêu và nguyên lý giống tokamak, nhưng có cấu trúc buồng khác biệt, đem lại những thách thức riêng. W7-X, đặt tại Greifswald, miền bắc nước Đức, hiện được cho là tương đương với tokamak Joint European Torus (JET) lớn hơn ở Anh.

Cho đến nay, cả hai thành tựu chưa được công bố trên tạp chí phản biện, và chúng ta vẫn còn xa mục tiêu tạo ra năng lượng dương ròng từ phản ứng nhiệt hạch. Tuy nhiên, việc xác lập chuẩn mực mới vẫn rất đáng chú ý.

Trong vài thập kỷ qua, mô hình phổ biến cho nghiên cứu nhiệt hạch là tokamak. Đây là hình vòng torus, chứa plasma trong không gian mở. Nhưng nó giống như bagel New York, với lỗ nhỏ và phần cốt đặc hơn. Stellarator, với buồng kéo dài và xoắn, giống như bagel Krakow.

Bagel New York

Bagel Krakow

Stellarator có trước tokamak, nhưng trong những năm đầu thử nghiệm nhiệt hạch, tokamak vượt lên về độ phổ biến. Nay, nếu các kết quả được xác nhận, cả hai lại ngang tài ngang sức.

W7-X đi vào hoạt động năm 2015 và kết thúc chiến dịch gần đây nhất vào tháng 5. Viện Max Planck cho biết:

Trong chiến dịch OP 2.3, kết thúc ngày 22 tháng 5, đội ngũ quốc tế W7-X đạt kỷ lục thế giới về sản phẩm ba lần—một chỉ số đánh giá mức độ gần với phản ứng nhiệt hạch tự duy trì—khi giữ giá trị cực đại của thông số then chốt này trong 43 giây.

Nhóm nghiên cứu ghi nhận các công nghệ mới như đốt nóng cộng hưởng cyclotron ion (ICRH) đã giúp đạt chuẩn mực mới. ICRH tương tự đốt nóng cộng hưởng cyclotron electron (ECRH) nhưng sử dụng sóng radio thay vì vi sóng, có thể hiệu quả hơn với một số cấu hình hạt nhất định.

Sản phẩm ba lần mà các nhà nghiên cứu đề cập là chỉ số toán học trong nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch. Khi cả ngành đạt tới giá trị nhất định, nhiệt hạch được kỳ vọng trở thành nguồn năng lượng. W7-X chưa đạt năng lượng dương ròng, nhưng có vẻ đã phá kỷ lục tỷ lệ năng lượng đầu ra so với đầu vào. Sau khi công bố, nhóm W7-X nghe từ nhóm JET—người cũng đạt kết quả tương tự nhưng chưa xuất bản—và hai dự án được cho là đạt những con số tương đương. Nhóm W7-X khẳng định thí nghiệm của họ đạt kết quả tương đương JET chỉ với ⅓ lượng plasma.

Những lò phản ứng như vậy phải đạt nhiệt độ cực cao, duy trì đủ lâu để tạo ra nhiều năng lượng hơn lượng sử dụng. Cần rõ, chưa có lò phản ứng nào đạt năng lượng dương ròng, nên các chuẩn mực hiện nay chỉ là từng bước hướng tới mục tiêu chưa hoàn thành.

Định hướng và tiềm năng cho thị trường Việt Nam

Việc stellarator Wendelstein 7-X đạt kỷ lục triple product mở ra cơ hội lớn cho nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch tại Việt Nam. Mặc dù công nghệ này còn xa mới thương mại hóa, nhưng nó khuyến khích các viện, trường đại học và doanh nghiệp trong nước tăng cường đầu tư vào nghiên cứu plasma, xây dựng cơ sở vật chất và đào tạo nhân lực chuyên sâu. Sự trở lại của mô hình stellarator có thể thúc đẩy hợp tác quốc tế, chia sẻ công nghệ với Đức và các cơ sở nghiên cứu châu Âu, từ đó đẩy nhanh tiến trình nghiên cứu năng lượng sạch. Đối với Việt Nam, nếu tận dụng tốt cơ hội, chúng ta có thể dần thu hẹp khoảng cách công nghệ, phát triển các mô hình thí điểm và hướng đến mục tiêu dài hạn là tự chủ năng lượng và giảm phát thải carbon.