Các kỹ sư tại Viện NIIEFA (Viện Nghiên cứu Thiết bị Điện Vật lý D.V. Efremov) – một chi nhánh của Tập đoàn Năng lượng Nguyên tử Quốc gia Nga (Rosatom) – vừa đạt được một cột mốc quan trọng trong nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch: thử nghiệm thành công loại dây siêu dẫn nhiệt độ cao (HTSC).
Bước tiến này là một phần quan trọng trong dự án Tokamak với Công nghệ Lò phản ứng (TRT), một loại lò phản ứng được thiết kế nhằm phục vụ quá trình chuyển đổi sang năng lượng nhiệt hạch.
Nhóm nghiên cứu mới đây đã hoàn tất các thử nghiệm trên một đoạn dây dài 5 mét, đánh dấu một bước nhảy vọt về mặt kỹ thuật. Loại dây này được cấu thành từ 240 băng HTSC nhúng trong một ma trận đồng ổn định và được bao bọc bởi lớp vỏ thép không gỉ.
Theo ông Andrey Mednikov, trưởng bộ phận nghiên cứu hệ thống siêu dẫn, loại dây này được thiết kế để chịu tải dòng điện lên tới 65 kiloampere (kA) trong từ trường 18 Tesla.
Những thông số này xác lập một vị thế mới trong lĩnh vực siêu dẫn, bởi mức hiệu suất như vậy chưa từng đạt được ở bất kỳ cơ sở nào trước đây.
Vận hành ở nhiệt độ cực thấp
Theo Nuclear Engineering International , loại dây này hoạt động ở cấp độ đông lạnh, sở hữu một kênh dẫn được thiết kế để bơm chất làm lạnh ở nhiệt độ từ 5 đến 20 Kelvin (tương đương khoảng -268 đến -253 độ C).
Trong quá trình thử nghiệm, mẫu vật được làm lạnh xuống -196 độ C bằng nitơ lỏng để đưa vào trạng thái siêu dẫn. Các thử nghiệm này khẳng định rằng dây có thể duy trì các đặc tính kỹ thuật dưới áp lực tải, cho phép các nhà khoa học theo dõi sát sao các thông số thông qua hệ thống đo lường chuyên dụng.
Trên kênh Telegram chính thức, cơ quan này tuyên bố: "NIIEFA là đơn vị đầu tiên tại Nga chế tạo và thử nghiệm thành công dây siêu dẫn kích thước thật cho hệ thống điện từ (EMS) của một lò tokamak sử dụng công nghệ lò phản ứng TRT (Viện cũng là nhà thiết kế chính của dự án này)."
Tái định nghĩa các tiêu chuẩn ngành
Công nghệ đang được phát triển cho lò phản ứng TRT đánh dấu sự khác biệt lớn so với các vật liệu được sử dụng trong Lò phản ứng Thử nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế (ITER).
Trong khi ITER dựa vào các dây hợp kim niobi-titan và niobi-thiếc hoạt động ở mức 4,5 Kelvin (-268,65 độ C), dự án TRT lại sử dụng các băng hợp chất yttrium-barium-copper oxide (YBCO). Sự thay đổi vật liệu này cho phép các linh kiện của TRT trở nên hiệu quả và nhỏ gọn hơn.
Cơ quan này cho biết thêm: "Cột mốc này đánh dấu một bước đi then chốt để hoàn thiện quá trình phát triển và chuyển sang giai đoạn xây dựng tích cực của cơ sở."
Các dây dẫn phát triển cho TRT có kích thước tiết diện 26×26 mm, nhỏ hơn đáng kể so với loại dây 54×54 mm dùng trong ITER. Bất chấp kích thước khiêm tốn, dây TRT có khả năng hoạt động trong từ trường lên tới 20 Tesla và chịu dòng điện cao tới 80 kA. Để so sánh, các chỉ số tương ứng của ITER chỉ là 8 đến 13 Tesla và 48 đến 68 kA.
Hướng tới tương lai nhiệt hạch vào năm 2030
Bằng việc tiến hành các nghiên cứu ở nhiệt độ -196 độ C, các nhà nghiên cứu tại NIIEFA có thể cắt giảm chi phí thử nghiệm và rút ngắn chu kỳ phát triển. Cách tiếp cận này cho phép các mẫu vật được kiểm chứng nhanh chóng, đưa lò tokamak TRT đến gần hơn với hiện thực vận hành.
Lộ trình của dự án đang có những chuyển biến tích cực. Vào năm 2026, Viện có kế hoạch sản xuất và thử nghiệm hai sợi dây, mỗi sợi dài hơn 60 mét. Những nỗ lực này sẽ đạt đỉnh điểm vào năm 2027 với việc tạo ra mô hình của cuộn dây solenoid trung tâm.
Cuộn dây này sẽ có đường kính một mét, bao gồm 40 vòng dây được xếp thành hai lớp, đóng vai trò là bản thiết kế chi tiết cho hàng km dây cần thiết để vận hành lò phản ứng sau này.
Lò phản ứng TRT sẽ được xây dựng tại Viện Nghiên cứu Đổi mới & Nhiệt hạch Troitsk (TRINITI), tận dụng lại địa điểm của lò tokamak từ trường mạnh TSP trước đây. Khu vực này hiện đang được chuẩn bị cơ sở hạ tầng cần thiết để hỗ trợ lò phản ứng mới.
Sau khi hoàn thành, TRT sẽ trở thành một phòng thí nghiệm hiện đại để nghiên cứu hành vi của plasma và các công nghệ tritium cần thiết cho các hệ thống lai ghép nhiệt hạch - phân hạch.
