“Siêu ngu ngốc” hay bước đột phá? Các nhà khoa học Trung Quốc đạt thành tựu mới
© AP Photo / Xinhua/Cheng Li
Đăng ký
Các nhà vật lý Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc vừa thực hiện một bước tiến quan trọng trên con đường phát triển năng lượng nhiệt hạch: lần đầu tiên, họ vượt qua được “giới hạn Greenwald”, một rào cản lý thuyết tồn tại hàng thập kỷ, trên thiết bị tokamak siêu dẫn thử nghiệm (EAST) đặt ở Hợp Phì.
Liệu nhân loại có thực sự tiến gần hơn tới “Mặt Trời nhân tạo”, và vì sao Elon Musk lại cho những nỗ lực này là “siêu ngu ngốc”? Sputnik phân tích trong bài viết của mình.
Vi phạm quy tắc
Mặt Trời tỏa sáng và sưởi ấm nhờ phản ứng hợp hạch: các nguyên tử hydro kết hợp tạo thành heli, đồng thời giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Quá trình này xảy ra do áp suất cực lớn và nhiệt độ cực cao trong lõi ngôi sao. Tái tạo điều kiện tương tự trên Trái Đất là việc vô cùng khó khăn: không thể mô phỏng được lực hấp dẫn của Mặt Trời, nên con người buộc phải chọn một trong hai cách, hoặc nén vật chất cực mạnh, hoặc đốt nóng plasma đến nhiệt độ cao hơn cả lõi Mặt Trời nhiều lần. Nhưng ở nhiệt độ đó, không vật liệu nào có thể chứa nổi plasma.
Để vượt qua giới hạn này, các nhà khoa học Xô Viết những năm 1950 phát minh ra tokamak, “buồng hình xuyến (bánh vòng) có cuộn dây từ tính”. Theo nguyên lý này, plasma bên trong được giữ lơ lửng nhờ trường từ, tránh tiếp xúc với thành buồng.
Tuy nhiên, sau 70 năm, ý tưởng này vẫn chưa thể hiện thực hóa thành nhà máy điện thương mại. Tất cả các thiết bị tokamak hiện nay đều chỉ mang tính thử nghiệm. Để xây dựng được một nhà máy nhiệt hạch thực sự, nhân loại còn phải giải quyết hàng loạt thách thức khoa học và kỹ thuật.
Một trong những điều kiện then chốt là đạt được mật độ plasma cực cao, yếu tố cốt lõi trong “tiêu chuẩn Lawson” để thu được năng lượng ròng. Nhưng trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu luôn bị giới hạn bởi “giới hạn Greenwald”, một quy luật kinh nghiệm cho rằng nếu mật độ plasma vượt quá ngưỡng nhất định, nó sẽ trở nên bất ổn và phản ứng sẽ sụp đổ.
Giờ đây, các nhà khoa học Trung Quốc tuyên bố đã tìm ra cách vượt qua giới hạn này. Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Science Advances.
“Gần như tối đa”
Nhóm nghiên cứu dựa trên lý thuyết mới được đề xuất gần đây, giải thích vì sao không thể tăng mật độ plasma vô hạn trong lò phản ứng. Vấn đề nằm ở thành buồng: plasma siêu nóng “bắn” các tạp chất từ thành vào bên trong lò, làm nguội plasma và khiến phản ứng thất bại.
Theo lý thuyết này, nếu kiểm soát được tương tác giữa plasma và thành buồng, ta có thể giảm thiểu tạp chất và tăng mật độ plasma đáng kể.
Thí nghiệm trên EAST xác nhận giả thuyết này. Bằng cách tăng nhiệt độ plasma ở giai đoạn đầu và bơm thêm khí, các nhà khoa học làm giảm nhiệt độ gần thành buồng, từ đó hạn chế tạp chất xâm nhập. Kết quả: plasma duy trì ổn định ở mật độ cao kỷ lục, vượt giới hạn Greenwald lần lượt 30% và 65% trong các chuỗi thí nghiệm.
Theo tác giả chính của nghiên cứu, Giáo sư Zhu Ping từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung, nhóm tìm ra “một phương pháp thực tế và, quan trọng hơn, có thể mở rộng quy mô” để nâng cao giới hạn mật độ trong các lò phản ứng nhiệt hạch.
“Kết quả rất hứa hẹn và cần được kiểm chứng trên các tokamak khác", nhà vật lý lý thuyết Pháp Jerome Ollivier nhận định trên tạp chí Nature.
Công nhân bên trong ITER tokamak ở Saint-Paul-lès-Durance, Pháp.
© AP Photo / Daniel Cole
Trong khi đó, các chuyên gia Nga đưa ra đánh giá dè dặt hơn. Giáo sư Yuri Gasparyan, Trưởng khoa Vật lý Plasma tại Đại học Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia Nga (MEPhI), nói với Sputnik:
“Dù bước tiến này không phải là mang tính cách mạng, nhưng nó có ý nghĩa, bởi các thiết bị hiện nay đang hoạt động ở mức gần như tối đa so với yêu cầu của một lò phản ứng thực tế".
Ông cũng lưu ý những năm gần đây đã ghi nhận hàng loạt kỷ lục trong lĩnh vực nhiệt hạch, cả về thời gian giam giữ plasma lẫn nhiệt độ đạt được.
“Tuy nhiên, mỗi bước tiến mới hiện nay đều vấp phải giới hạn của các thiết bị hiện có. Muốn tiến xa hơn, chúng ta cần thế hệ lò phản ứng tiếp theo", ông nói.
Hiện nay, lò tokamak lớn nhất thế giới JT-60SA được khai trương tại Nhật Bản; lò phản ứng quốc tế ITER cũng sắp vận hành; và Trung Quốc đặt mục tiêu đầy tham vọng là đưa vào hoạt động thiết bị BEST trước cuối năm 2027, có thể lần đầu tiên đạt được Q 1, tức năng lượng nhiệt hạch tạo ra vượt quá năng lượng dùng để đốt nóng plasma.
“Những lò phản ứng thảm hại”
Tuy nhiên, song song với những tiến bộ, tiếng nói hoài nghi về nhiệt hạch cũng ngày càng lớn. Gần đây, một nhân vật có ảnh hưởng lớn gia nhập phe hoài nghi: Elon Musk.
Elon Musk
© REUTERS Evelyn Hockstein
Hồi tháng 12, CEO của SpaceX và Tesla viết trên mạng xã hội X (trước đây là Twitter):
“Con người có sẵn một lò phản ứng nhiệt hạch hoàn hảo, đó là Mặt Trời. Việc tạo ra những lò phản ứng nhiệt hạch tí hon trên Trái Đất là điều hoàn toàn ngu ngốc. Hãy ngừng lãng phí tiền vào những lò phản ứng thảm hại đó".
Khác với Musk, Giáo sư Gasparyan vẫn lạc quan về triển vọng của năng lượng nhiệt hạch:
“Rõ ràng là có tiến triển, và vài năm gần đây xuất hiện một làn sóng mới trong cuộc đua khoa học, nơi các bên thúc đẩy lẫn nhau. Trung Quốc đóng vai trò đặc biệt quan trọng, tạo động lực cho cả thế giới. Tuy nhiên, con đường đến một lò phản ứng thương mại, vừa tạo ra năng lượng, vừa có hiệu quả kinh tế, vẫn còn dài hàng chục năm".
Dù vậy, ông cũng không phủ nhận ý tưởng của Musk về việc khai thác năng lượng Mặt Trời từ không gian:
“Về các giải pháp thay thế như trạm năng lượng mặt trời trên quỹ đạo, chắc chắn sẽ có sự quan tâm lâu dài, đặc biệt khi nhiệt hạch vẫn là bài toán của tương lai. Nếu tìm ra cách truyền năng lượng từ không gian về Trái Đất một cách hiệu quả và tiết kiệm, đó sẽ là một bước đột phá".
