Công trình khoa học lớn nhất vừa bước vào giai đoạn lò phản ứng cuối cùng

Dự án ITER, thí nghiệm năng lượng nhiệt hạch lớn nhất thế giới, đang bước vào giai đoạn quan trọng nhất tại trung tâm Provence, miền nam nước Pháp. Đây được xem là một bước tiến mang tính đột phá, có thể dẫn đến nguồn năng lượng vô hạn cho nhân loại.

Dự án hợp tác quốc tế kéo dài hàng thập kỷ này hiện đang tập trung vào việc lắp ráp lõi lò phản ứng, đánh dấu sự chuyển đổi từ giai đoạn xây dựng sang chế tạo máy.

Sau nhiều năm thiết kế, cung cấp linh kiện và lập kế hoạch tích hợp tỉ mỉ, các kỹ sư đã bắt đầu quá trình lắp ráp phần lõi bên trong của nhà máy điện nhiệt hạch. Đây không chỉ là một kỳ tích kỹ thuật mà còn là một cột mốc biểu tượng, nơi nhân loại nỗ lực tái tạo quá trình sinh năng lượng của Mặt Trời.

Những tháng tới, khi các bộ phận được lắp ráp, căn chỉnh và đấu nối, sẽ quyết định liệu ITER có thành công trong việc tạo ra plasma đầu tiên và đặt nền móng cho việc sử dụng tổng hợp hạt nhân thương mại hay không.

Dự án này từ lâu đã được mô tả là nỗ lực khoa học lớn nhất của con người, thậm chí còn vĩ đại hơn cả chuyến đi bộ trên Mặt Trăng đầu tiên.

Khoa học một lần nữa kết nối các quốc gia, phòng thí nghiệm và ngành công nghiệp trên khắp các châu lục với một tham vọng chung. Với lõi lò phản ứng đang được lắp ráp, ITER đang bước vào giai đoạn cuối cùng và cũng là giai đoạn rủi ro nhất.

ITER: Nỗ lực toàn cầu vì năng lượng tương lai

Lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm quốc tế (ITER) là một nỗ lực phi thường nhằm chứng minh rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân - quá trình tạo ra năng lượng cho các ngôi sao như Mặt Trời - có thể được khai thác ở quy mô lớn trên Trái Đất.

Trước đó, Trung Quốc cũng đã tiến hành các thử nghiệm tổng hợp hạt nhân, đốt cháy năng lượng nóng hơn cả Mặt Trời và cho thấy kết quả đầy hứa hẹn.

ITER được xây dựng tại Cadarache, Pháp, là một dự án chung của bảy thành viên chính: Liên minh châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Mỹ.

Mỗi thành viên đóng góp bằng cách sản xuất và cung cấp các linh kiện và hệ thống, thể hiện sự tham gia của công nghiệp toàn cầu và đảm bảo quyền sở hữu chung.

Cách tiếp cận này cũng giúp dự án không phụ thuộc vào một nguồn tài trợ duy nhất. Phần đóng góp của châu Âu chiếm tỷ lệ lớn nhất (khoảng 45,6%), các thành viên còn lại mỗi bên đóng góp khoảng 9,1%.

Kể từ khi thành lập vào giữa những năm 1980, ITER đã phát triển thành một dự án kỹ thuật khổng lồ. Mục đích của nó không phải là cung cấp điện ngay lập tức, mà là để kiểm tra tính khả thi về mặt khoa học, công nghệ và kỹ thuật của một thiết bị nhiệt hạch quy mô lò phản ứng.

Dự án cần duy trì trạng thái plasma đang cháy, xác nhận các hệ thống như nam châm siêu dẫn, hệ thống sưởi ấm, chẩn đoán, nhân giống tritium, bảo trì từ xa, và tạo bước đệm hướng tới các nhà máy điện thử nghiệm.

Theo lịch trình sửa đổi vào đầu năm 2025, ITER đặt mục tiêu vận hành plasma hydro và deuterium lần đầu tiên vào những năm 2030 và đạt được khả năng từ tính đầy đủ vào năm 2036.

Giai đoạn cuối cùng là thử nghiệm deuterium-tritium sẽ bắt đầu vào khoảng năm 2039. Sau ITER, các nhà khoa học dự kiến sẽ thực hiện lò phản ứng DEMO, được coi là một bước đệm hướng tới phản ứng tổng hợp hạt nhân thương mại vào nửa cuối thế kỷ XXI.

Hoàn thiện bộ phận cốt lõi: "Trái tim" của cỗ máy

Trong những tháng gần đây, các kỹ sư ITER đã bắt đầu lắp ráp lõi lò phản ứng – cấu trúc tokamak trung tâm, nơi chứa đựng plasma. Giai đoạn lắp ráp lõi này bao gồm việc căn chỉnh và tích hợp các cuộn dây từ tính chính làm từ vật liệu siêu dẫn, bình chân không, cấu trúc hỗ trợ, solenoid trung tâm và các thành phần bên trong.

Một trong những thành phần quan trọng và phức tạp nhất, nam châm solenoid trung tâm, gần đây đã được tuyên bố hoàn thành. Bộ phận này của lò phản ứng lõi còn được gọi là "trái tim" của cỗ máy, và hiện đã sẵn sàng để được chuyển giao và lắp đặt tại ITER.

Đồng thời, bình chân không, được tạo thành từ chín khoang hình xuyến, đang được các đối tác công nghiệp lắp ráp theo hợp đồng. Một hợp đồng trị giá 180 triệu đô la đã được trao cho Công ty Điện lực Westinghouse để hàn và nối các khoang của bộ phận lõi thành một bình thống nhất có khả năng chứa plasma.

Quá trình lắp ráp lõi là một "màn múa ba lê" tinh tế của kỹ thuật chính xác. Dung sai dưới 1mm, căn chỉnh, co ngót do nhiệt, điều kiện đông lạnh và tích hợp với hệ thống nhà máy đều phải được tính đến. Mỗi thành phần đều được chuyển đến từ các cơ quan trong nước trên khắp thế giới và được dàn dựng, kiểm tra và tích hợp cẩn thận.

Đây là một quá trình cực kỳ quan trọng và đầy rủi ro. Việc lắp ráp lõi thành công là một bước ngoặt quan trọng trên con đường hướng tới plasma đầu tiên. Sự chậm trễ hoặc sai lệch căn chỉnh có thể dẫn đến nhiều năm trì hoãn hoặc phải làm lại các khâu kỹ thuật.

Với lõi lò phản ứng hiện đang được xây dựng khẩn trương, ITER được cho là đang bước vào thử thách lớn cuối cùng, một thử thách mà kết quả của nó có thể quyết định liệu năng lượng nhiệt hạch có trở thành bước nhảy vọt công nghệ vĩ đại tiếp theo của nhân loại hay không.