Trung Quốc vận hành nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới phục vụ ‘Mặt trời nhân tạo’
Nam châm siêu dẫn lớn nhất là một phần của dự án “Mặt trời nhân tạo” CRAFT của Trung Quốc và đã thiết lập một cột mốc mới trên thế giới trong cuộc đua phát triển nguồn năng lượng sạch.
Nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới giúp giam giữ plasma nóng hơn lõi Mặt trời
Nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới dành cho lò phản ứng nhiệt hạch vừa vượt qua các cuộc thử nghiệm cuối cùng trong khuôn khổ dự án "Mặt trời nhân tạo" CRAFT của Trung Quốc, với hiệu suất vượt qua các tiêu chuẩn quốc tế hiện nay.
Cụm thiết bị gồm hai bộ phận chính: Cuộn nam châm từ trường hình xuyến, đóng vai trò như một "lồng từ" để giam giữ plasma, và cuộn nam châm trung tâm, được ví như "bộ đánh lửa" của lò phản ứng.
Theo hãng thông tấn Tân Hoa Xã, thành tựu này do các nhà nghiên cứu thuộc Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đạt được, đánh dấu việc vượt qua một trong những thách thức kỹ thuật quan trọng nhất trong quá trình tạo và duy trì plasma có nhiệt độ cao hơn cả lõi Mặt trời.
Dự án CRAFT (Cơ sở nghiên cứu tổng hợp về công nghệ nhiệt hạch) nhằm phát triển và thử nghiệm các công nghệ cốt lõi cho các lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai, hướng tới mục tiêu tạo ra "Mặt trời nhân tạo" có nhiệt độ trên 100 triệu độ C để phát điện.
"Lồng từ" của hệ thống, hay còn gọi là cuộn nam châm từ trường hình xuyến CRAFT, là một trong những bộ phận quan trọng nhất của lò phản ứng. Nó tạo ra từ trường cực mạnh nhằm ngăn không cho thành buồng phản ứng bị nóng chảy, dù plasma bên trong đạt tới nhiệt độ hàng trăm triệu độ C.
Có thể hình dung từ trường này như một đường ray vô hình, dẫn hướng các hạt mang điện chuyển động theo quỹ đạo đã định sẵn, giữ chúng không va chạm vào thành lò phản ứng. Nhờ đó, thành lò tránh được hiện tượng bào mòn và hư hại do các va chạm mang năng lượng cực lớn.
Cuộn nam châm từ trường hình xuyến dài 21 m, rộng 12 m, cao 3,3 m và nặng tới 582 tấn.
Thiết bị này có thể tích lớn hơn khoảng 1,3 lần và khả năng tích trữ năng lượng gấp 3 lần so với nam châm tương ứng của Lò phản ứng Nhiệt hạch Thực nghiệm Quốc tế (ITER) tại miền nam nước Pháp, trở thành nam châm loại này lớn nhất từng được chế tạo.
Ông Wu Yu, nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Plasma, nói với Đài truyền hình Trung ương Trung Quốc (CCTV): "Cuối cùng sẽ có tổng cộng 16 cuộn nam châm như vậy được lắp ráp để tạo thành toàn bộ hệ thống từ trường của lò phản ứng. Mỗi cuộn mang dòng điện 100 kiloampe (kA) và tạo ra từ trường mạnh 6,5 tesla tại tâm lò".
Song Yuntao, Giám đốc Viện Vật lý Plasma, cho biết nhóm nghiên cứu mất 6 năm để hoàn thành cuộn nam châm này. Đây là thiết bị cùng loại có khả năng tích trữ năng lượng lớn nhất thế giới.
Ông cũng cho biết toàn bộ thép chuyên dụng, vật liệu cách điện và dây siêu dẫn sử dụng trong thiết bị đều được sản xuất tại Trung Quốc.
Cùng được thử nghiệm trong đợt này còn có cuộn nam châm trung tâm siêu dẫn nhiệt độ cao, đóng vai trò như "bộ đánh lửa" của lò phản ứng.
Nhiệm vụ chính của thiết bị này là tạo ra và duy trì dòng điện trong plasma, đồng thời điều chỉnh linh hoạt cấu hình từ trường để giữ plasma luôn ổn định.
Theo Tân Hoa Xã, mọi chỉ số thử nghiệm của cuộn nam châm trung tâm đều đạt trình độ dẫn đầu thế giới.
Qin Jinggang, Phó giám đốc Viện Vật lý Plasma, nói: "Nam châm trung tâm phải hoạt động trong điều kiện phức tạp nhất so với mọi loại nam châm khác trong lò phản ứng. Hiệu suất của nó quyết định trực tiếp việc một thiết bị nhiệt hạch có thể được kích hoạt thành công và duy trì hoạt động ổn định hay không".
Ông nói cuộn nam châm được thiết kế để hoạt động ở dòng điện định mức 46,5 kA, nhưng trong thử nghiệm đã vận hành thành công ở mức 60 kA, tương đương gấp 6 lần khả năng của thiết bị Tokamak Siêu dẫn Tiên tiến Thử nghiệm (EAST) của Trung Quốc, vốn đi vào hoạt động từ năm 2006.
EAST là gì?
EAST là thiết bị nghiên cứu nhiệt hạch nổi tiếng của Trung Quốc, thường được truyền thông gọi là "Mặt trời nhân tạo". EAST được đặt tại thành phố Hợp Phì, tỉnh An Huy và do Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc vận hành. Thiết bị chính thức đi vào hoạt động từ năm 2006, là tokamak đầu tiên sử dụng các cuộn nam châm siêu dẫn cho cả từ trường hình xuyến và từ trường cực. Điều này cho phép EAST duy trì plasma trong thời gian dài hơn so với các thế hệ tokamak trước.
Theo Song Yuntao, kết quả này phản ánh gần 40 năm nghiên cứu liên tục, trong đó Viện Vật lý Plasma đã làm chủ toàn bộ công nghệ siêu dẫn, từ vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp đến siêu dẫn nhiệt độ cao.
Ông mô tả hệ thống nam châm này là "tiên tiến nhất thế giới và là công nghệ không thể thiếu để xây dựng các lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai".
40 năm phát triển tokamak siêu dẫn đưa Trung Quốc tiến gần điện nhiệt hạch
Con đường phát triển tokamak siêu dẫn của Trung Quốc bắt đầu từ cuối những năm 1970, khi Liên Xô chế tạo thành công thiết bị đầu tiên trên thế giới mang tên T-7.
Tokamak siêu dẫn là lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm sử dụng nam châm siêu dẫn thay cho nam châm điện thông thường để tạo ra từ trường cực mạnh nhằm giam giữ plasma ở nhiệt độ hàng trăm triệu độ C.
Sau khi Liên Xô tan rã, Nga chuyển giao T-7 cho Trung Quốc.
Đến năm 1994, thiết bị được nâng cấp thành HT-7, giúp Trung Quốc trở thành quốc gia thứ tư trên thế giới, sau Nga, Pháp và Nhật Bản, sở hữu công nghệ này.
Năm 2006, Trung Quốc tiếp tục hoàn thành EAST - tokamak đầu tiên trên thế giới sử dụng hoàn toàn công nghệ siêu dẫn.
Phát triển năng lượng nhiệt hạch là một trong những ưu tiên hàng đầu trong Kế hoạch 5 năm hiện tại của Trung Quốc.