Công ty công nghệ tại Anh có tên là Tokamak Energy đang phát triển và nghiên cứu lò phản ứng nhiệt hạch. Dự kiến, khi lò này sản xuất sẽ có có giá trị thương mại cao. Đồng thời đáp ứng nhiều tiêu chí của ngành công nghiệp hiện đại.
Lò phản ứng nhiệt hạch có độ nóng cao gấp 6 lần so sức móng của lõi mặt trời. Chi phí và nguyên liệu làm chế tạo lò này khá tiết kiệm và vật liệu chế tạo rẻ. Vì thế, trong tương lai gần thì lò phản ứng nhiệt hạch này sẽ phát huy được rất nhiều công dụng.
Những ưu điểm của lò phản ứng nhiệt hạch
Khác với lò phản ứng phân hạch hạt nhân thông thường. Trong đó năng lượng được giải phóng từ quá trình tách nguyên tử uranium. Nhà máy năng lượng nhiệt hạch không bao giờ nóng chảy. Lò phản ứng nhiệt hạch dựa trên phản ứng hợp nhất hai nguyên tử hydro thành heli và giải phóng năng lượng khổng lồ, chỉ lạnh đi khi bị trục trặc. Hơn nữa, nhiên liệu của lò phản ứng này không tạo ra khí thải. Có chi phí rẻ bởi vật liệu thô là hydro có thể khai thác từ nước biển.
Phiên bản nhỏ di động của lò phản ứng có thể cung cấp năng lượng cho máy bay và tàu container. Giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO2. Nhiệt sinh ra từ lò phản ứng nhiệt hạch có thể được khai thác thông qua thiết bị. Do nhóm nghiên cứu ở Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh tại Oxfordshire sáng chế, gọi là bộ rẽ hướng. Nguồn nhiệt này sẽ phục vụ làm nóng hơi nước để quay tuabin. Phát điện giúp cung cấp năng lượng cho các động cơ đẩy.
Lò phản ứng nhiệt hạch ST 40 đạt tới 100 triệu độ
Theo tiến sĩ David Kingham, người đồng sáng lập kiêm phó chủ tịch Tokamak Energy. Lò phản ứng ST 40 trong khu công nghiệp ở thung lũng Thames gần Didcot sẽ vượt qua cột mốc quan trọng. Khi dòng plasma đạt nhiệt độ 100 triệu độ C, nóng hơn 6 lần so với lõi Mặt trời (khoảng 15 triệu độ C). Ông nhấn mạnh công ty đang trên đà cung cấp nhà máy điện nhiệt hạch thương mại đầu tiên trên thế giới vào cuối thập niên 2030. Nhiều nhà máy sẽ được mở trên toàn cầu với thiết bị do Anh sản xuất. Mỗi cỗ máy có công suất ổn định là 150MW. Đủ để đáp ứng nhu cầu điện cho thành phố 150.000 dân như thành phố Oxford ở gần đó.
Nhà máy Didcot thu hút 207,6 triệu USD từ các nhà đầu tư tư nhân cùng với kinh phí 13,8 triệu USD từ chính phủ. Hiện nay, số lượng nhân sự của nhà máy là 165 người. Bao gồm các nhà khoa học hàng đầu từ Anh và khắp nơi trên thế giới. Con số này sẽ tăng gấp đôi vào cuối năm sau. Khi công ty mở thêm phòng thí nghiệm và phân xưởng mới.
Các cải tiến vượt bậc của lò phản ứng
Các lò phản ứng khác sử dụng nam châm điện từ để duy trì dòng plasma. Chúng được chế tạo từ chất siêu dẫn. Vật liệu không cản trở dòng điện khi nguội tới gần độ 0 tuyệt đối là -273 độ C. Nhưng duy trì nhiệt độ thấp như vậy cần năng lượng khổng lồ. Nhiều đến mức tiêu hao phần lớn công suất của lò phản ứng. Để giải quyết vấn đề này, Tokamak Energy đã phát triển và xin cấp bằng sáng chế nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao. Chỉ tiêu hao 1/10 năng lượng, sử dụng hợp chất đất hiếm bari đồng oxit.
Cải tiến thứ hai của công ty nằm ở hình dáng lò phản ứng giống quả táo có lõi. Các thiết kế trước đây đều có hình bánh vòng. Thay đổi này giúp thiết kế của công ty hiệu quả hơn hẳn. Kết hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao với lò phản ứng hình cầu mang lại lợi thế lớn. Khiến loại năng lượng này rẻ hơn rất nhiều, theo Kingham.
Các công ty Anh đang phát triển năng lượng nhiệt hạch
Một số đối thủ tư nhân khác của Tokamak Energy cũng đang gấp rút phát triển năng lượng nhiệt hạch thương mại. Bao gồm hãng Lockheed Martin ở Mỹ và tỷ phú Jeff Bezos. Người vừa công bố kế hoạch xây dựng nhà máy riêng ở Oxfordshire.
Ngoài ra, dự án quốc tế ITER, lò phản ứng thử nghiệm do 35 quốc gia hợp tác xây dựng nằm ở miền nam nước Pháp. Đã đi vào khởi công năm 2007 và dự kiến vận hành cuối thập niên 2020. ITER có kích thước tương đương 60 sân bóng đá. Trong khi mô hình lò của Tokamak Energy chỉ lớn bằng một ngôi nhà bình thường.
Các thông tin cần biết về phản ứng nhiệt hạch
Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng tổng hợp hạt nhân nặng từ hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hơn. Phản ứng nhiệt hạch sản sinh ra nhiệt lượng khổng lồ lớn hơn cả phản ứng phân hạch. Tuy nhiên phản ứng nhiệt hạch cần phải có các điều kiện cụ thể mới có thể xảy ra được.
Điều kiện để xảy ra phản ứng nhiệt hạch bao gồm:
- Trước hết hỗn hợp nhiên liệu phải được chuyển sang trạng thái plasma (cần nhiệt độ khoảng 104 độ).
- Cung cấp động năng ban đầu vào khoảng 105 eV để các hạt nhân tiếp xúc với nhau. Tạo nên phản ứng phân hạch (cần nhiệt độ khoảng 100 triệu độ).
- Mật độ hạt nhân trong trạng thái plasma phải đủ lớn.
- Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ 100 triệu độ phải đủ lớn.
Ngày nay, các nước tiên tiến trên thế giới đang nghiên cứu rất nhiều về phản ứng nhiệt hạch. Từ đó, có những công nghệ và sáng chế mới để tạo ra những lò nhiệt hạch thương mại. Việc này giúp cung ứng nguồn năng lượng dồi dào cho ngành công nghiệp.