Các nhà khoa học tìm ra chìa khóa phá bỏ rào cản lớn nhất để tạo năng lượng sạch vô hạn

Bên trong máy tokamak JET, nơi tiến hành các thí nghiệm tổng hợp hạt nhân lớn ở Anh. Ảnh: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh

Theo kênh truyền hình CNN, trong nhiều thập kỷ qua, phản ứng tổng hợp hạt nhân luôn được ca ngợi là nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn và là giải pháp thay đổi cuộc chơi trước tình trạng khủng hoảng khí hậu. Tuy nhiên, cho đến nay, các chuyên gia mới chỉ thành công tổng hợp và duy trì năng lượng nhiệt hạch trong vài giây khi vẫn còn nhiều trở ngại, bao gồm cả sự bất ổn định trong quá trình tổng hợp cực kỳ phức tạp.

Để tạo ra năng lượng nhiệt hạch, cách phổ biến nhất là sử dụng các biến thể hydro làm nhiên liệu đầu vào và tăng nhiệt độ của chúng lên mức cực cao trong một cỗ máy có dạng vòng tên gọi tokamak, để đạt kết quả tạo ra plasma.

Tuy nhiên, chất liệu plasma này cần phải được kiểm soát và rất dễ bị “xé rách” nếu chúng không được bảo vệ trong từ trường mạnh của máy.

Ngày 21/2, trên tạp chí khoa học Nature, các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Princeton và Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton (Mỹ) cho biết họ đã tìm ra cách sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để dự báo những bất ổn trong quá trình tổng hợp năng lượng và ngăn chúng xảy ra kịp thời.

Sau khi thực hiện các thí nghiệm tại Cơ sở hợp nhất quốc gia DIII-D ở San Diego (Mỹ), các nhà nghiên cứu nhận thấy bộ điều khiển AI mà họ chế tạo có thể dự đoán khả năng plasma bị xé rách trước 300 miligiây. Nếu không có sự can thiệp ngay lập tức, phản ứng nhiệt hạch sẽ kết thúc đột ngột.

“Các thí nghiệm cung cấp nền tảng cho việc sử dụng AI để giải quyết tình trạng mất ổn định trong plasma, vốn từ lâu là một thách thức trong việc tạo ra năng lượng nhiệt hạch”, người phát ngôn Đại học Princeton cho hay.

Ông Egemen Kolemen, giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Đại học Princeton đồng thời là tác giả của nghiên cứu, cho biết những phát hiện này chắc chắn là một bước tiến tới phản ứng tổng hợp hạt nhân.”Gián đoạn là một trong những rào cản lớn nhất. Chúng ta muốn một lò phản ứng hoạt động 24/7 trong nhiều năm mà không gặp vấn đề gì”, Giáo sư Kolemen nói.

Phản ứng nhiệt hạch là quá trình cung cấp năng lượng cho Mặt Trời và các ngôi sao khác, được xem như dạng năng lượng sạch đáng mơ ước. Giới chuyên gia làm việc suốt nhiều thập kỷ để làm chủ quá trình cực kỳ phức tạp này trên Trái Đất. Nếu làm được điều đó, phản ứng nhiệt hạch có thể tạo ra năng lượng khổng lồ với lượng nhiên liệu cực nhỏ và không thải carbon khiến Trái Đất ấm lên.

Phản ứng này trái ngược với phản ứng phân hạch hạt nhân được sử dụng rộng rãi ngày nay dựa vào việc phân tách các nguyên tử.

Đầu tháng 2, các nhà khoa học và kỹ sư tại thành phố Oxford của Anh đã lập kỷ lục trong việc tạo năng lượng nhiệt hạch hạt nhân mới, duy trì 69 megajoules (tương đương 19.1 kWh) năng lượng nhiệt hạch trong 5 giây với 0,2 miligam nhiên liệu đầu vào. Lượng điện năng đó đủ để cùng lúc cung cấp điện cho khoảng 12.000 gia đình.

Bất chấp những tiến bộ đầy hứa hẹn, năng lượng nhiệt hạch còn rất lâu mới có thể được sử dụng trên thị trường, nằm ngoài mục tiêu cắt giảm khí thải đáng kể và bền vững đối với tình trạng ô nhiễm làm nóng lên hành tinh, ngăn chặn những tác động ngày càng tồi tệ của cuộc khủng hoảng khí hậu.

Hơn 300 nhà khoa học và kỹ sư đến từ EUROfusion, nhóm nhà nghiên cứu trên khắp châu Âu, góp phần vào thí nghiệm của JET trong hơn 40 năm. Bất chấp kỷ lục mới, JET không sản sinh nhiều năng lượng hơn mức tiêu hao. Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở Mỹ là cơ sở duy nhất đạt thành tích đó vào cuối năm 2022, sử dụng quá trình khác liên quan tới laser.

JET tiến hành thí nghiệm deuteriumm - tritium đầu tiên vào năm 1997. Kết quả mới nhất chứng minh khả năng tạo ra phản ứng nhiệt hạch trong 5 giây, bởi thời gian lâu hơn sẽ khiến nam châm dây đồng của JET bị quá nhiệt. Kỷ lục mới là tin tức hứa hẹn cho những dự án nhiệt hạch tương lai, theo Ambrogio Fasoli, giám đốc điều hành EUROfusion. Ông đề cập tới ITER, lò tokamak lớn nhất thế giới đang được xây dựng tại miền nam Pháp và DEMO, cỗ máy sẽ nối tiếp ITER với mục tiêu sản xuất mức năng lượng cao hơn.

ITER trang bị nam châm điện siêu dẫn cho phép quá trình kéo dài lâu hơn 300 giây. Nếu tất cả tiến triển tốt ở ITER, một nhà máy điện nhiệt hạch nguyên mẫu có thể sẵn sàng năm 2050. Siêu dự án ở Pháp có sự tham gia của Trung Quốc, Liên minh châu Âu, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Mỹ.

Theo genk.vn & vnexpress.