Hoàn thành khối nam châm mạnh nhất thế giới, nâng cả tàu sân bay 100.000 tấn lên 2 mét

Nam châm sức mạnh siêu khủng

Khối nam châm khổng lồ sẽ là một trong sáu khối tạo thành lõi của cỗ máy có tên ITER, trị giá gần 24 tỉ USD, nhằm tạo ra năng lượng nhiệt hạch trên Trái đất. Cỗ máy này được 35 quốc gia đối tác tham gia chế tạo tại Pháp để tìm kiếm một nguồn “năng lượng tái tạo thực sự”.

Khối nam châm cao 18 mét và có đường kính gần 4,3 mét, nặng khoảng 1.000 tấn, khi được lắp ráp hoàn chỉnh. Khối vật liệu này được xây dựng ở California (Mỹ), sẽ được vận chuyển đến Houston và sau đó đến Pháp.

Khối nam châm mạnh đến mức có thể hút và nâng một tàu sân bay 300 mét, nặng 100.000 tấn lên cao 2 mét so với mặt đất. Nhưng thay vào đó, nó được sử dụng để tạo ra một dòng điện mạnh trong plasma.

Nhóm nghiên cứu cho biết dù năng lượng nhiệt hạch đã được tạo ra trên Trái đất, nhưng loài người chưa bao giờ có một cách bền vững để sản xuất ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ cần thiết cho hoạt động của chính hệ thống đó.

Nếu dự án đi đúng kế hoạch, người ta hy vọng rằng các nhà máy điện nhiệt hạch có thể cung cấp điện cho lưới điện vào giữa thế kỷ này, tạo ra 1.500 megawatt điện chỉ từ 1kg nhiên liệu mỗi ngày.

"Mặt trời trên Trái đất"

Được gọi là Central Solenoid, khối nam châm khổng lồ đang được công ty General Atomics chế tạo ở California là khoản đóng góp lớn nhất của Mỹ cho dự án quốc tế sản xuất năng lượng giống cơ chế Mặt Trời.

Cỗ máy khổng lồ, được gọi là Lò phản ứng thử nghiệm Nhiệt hạch quốc tế (ITER), có sự tham gia và tài trợ từ EU (tính cả Anh), Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Mỹ, hiện đã hoàn thành 75%.

Theo nhóm ITER, các thành phần quy mô lớn cuối cùng sẽ được lắp đặt từ nay đến năm 2023, với thể plasma đầu tiên sẽ được tạo ra vào năm 2025. Plasma là trạng thái thứ 4 của vật chất, ngoài 3 thể thường gặp là rắn, lỏng và khí.

Khi được lắp ráp lại với nhau, nam châm và các thành phần khác sẽ tạo nên ITER Tokamak, một “Mặt Trời trên Trái Đất” để tạo ra phản ứng tổng hợp ở quy mô công nghiệp. Khối Central Solenoid sẽ tạo ra một dòng điện mạnh trong plasma ITER, giúp hình thành và kiểm soát phản ứng nhiệt hạch trong các xung dài.

'Trái tim đang đập' của cỗ máy, ở lõi của nó sẽ đạt cường độ từ trường 13 Tesla, mạnh hơn từ trường Trái đất khoảng 280.000 lần!

Các cấu trúc hỗ trợ cho Central Solenoid sẽ phải chịu được lực bằng hai lần lực đẩy của tàu con thoi khi cất cánh.

Được chế tạo bởi General Atomics, quá trình thử nghiệm cuối cùng với khối nam châm Central Solenoid đã hoàn thành vào đầu năm nay, và lúc này nó sẽ được đưa lên một chiếc xe tải hạng nặng đặc biệt để vận chuyển đến Houston, Texas. Tại đây, khối nam được đưa lên một con tàu để vượt Đại Tây Dương đến miền nam Pháp.

Theo Giám đốc kỹ thuật của General Atomic, John Smith, khối nam châm Central Solenoid sẽ đóng một vai trò quan trọng trong sứ mệnh của ITER nhằm thiết lập năng lượng nhiệt hạch như một nguồn điện sạch, dồi dào và không thải carbon, an toàn và vô tận.

Năm mô-đun Central Solenoid bổ sung, cùng với một mô-đun dự phòng, đang ở các giai đoạn chế tạo khác nhau, trong đó mô-đun 2 sẽ được xuất xưởng vào tháng 8.

Công nghệ mà ITER sử dụng sẽ dẫn đến việc tạo ra phản ứng tổng hợp hydro - một phương pháp sản xuất điện lý tưởng vì nó phụ thuộc vào đơteri (deuterium) để làm nhiên liệu.

Deuterium có sẵn trong nước biển và sản phẩm phụ duy nhất là heli. Giống như một nhà máy điện chạy bằng khí, than hoặc phân hạch, một nhà máy nhiệt hạch sẽ cung cấp năng lượng cơ bản, suốt ngày đêm.

Năng lượng nhiệt hạch hoạt động bằng cách va chạm các nguyên tử hydro nặng để tạo thành heli - giải phóng một lượng lớn năng lượng trong quá trình này, như quá trình xảy ra tự nhiên ở lõi của các ngôi sao.

Máy phản ứng thực nghiệm nhiệt quốc tế (ITER)

Được biết đến với cái tên ITER, Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế hướng tới mục đích sử dụng dòng điện mạnh để “bẫy” plasma bên trong vỏ bọc hình bánh rán của nó đủ lâu để quá trình nhiệt hạch diễn ra.

Thiết kế ITER, còn gọi là Tokamak, vốn được các nhà vật lý Liên Xô sáng chế vào những năm 1950 nhưng nó khó chế tạo và có thể khó vận hành hơn.

Việc xây dựng lò phản ứng ITER ở miền nam Pháp đã bị đình trệ bởi một số trì hoãn và chi phí tăng vọt lên khoảng 24 tỉ USD.

ITER là dự án khoa học phức tạp nhất trong lịch sử loài người. Plasma hydro sẽ được làm nóng tới 150 triệu độ C, nóng gấp 10 lần so với lõi của Mặt Trời, để thực hiện phản ứng nhiệt hạch.

Quá trình này xảy ra trong một lò phản ứng hình bánh rán, có tên Tokamak 1, được bao quanh bởi các nam châm khổng lồ để giam giữ và lưu thông plasma ion hóa siêu nóng, cách xa các bức tường kim loại. Các nam châm siêu dẫn phải được làm lạnh đến -269°C, lạnh như không gian giữa các vì sao.

Các nhà khoa học từ lâu đã tìm cách bắt chước quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra bên trong Mặt trời, cho rằng nó có thể cung cấp nguồn điện giá rẻ, an toàn và sạch gần như vô hạn.

Không giống như trong các lò phản ứng phân hạch hiện có - dựa trên chia tách các nguyên tử plutoni hoặc urani, lò phản ứng ITER không có nguy cơ xảy ra phản ứng dây chuyền không kiểm soát được và nó không tạo ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài.