- Bài viết
- 5.224
- Được Like
- 11
Báo Nga vạch trần màn thổi phồng của Trung Quốc về cái gọi là “mặt trời vô tận" phát điện mãi mãi
Cứ vài tháng, truyền thông lại rộ lên những tiêu đề quen thuộc về việc "mặt trời nhân tạo" của Trung Quốc xô đổ kỷ lục mới. Nhưng sự thật đâu chỉ có thế.
Cứ vài tháng, truyền thông lại rộ lên những tiêu đề quen thuộc về việc "mặt trời nhân tạo" của Trung Quốc xô đổ kỷ lục mới, hứa hẹn mang lại nguồn năng lượng giá rẻ vô tận ngay vào năm 2030.
Tuy nhiên, trang Topwar của Nga cho rằng thuật ngữ "mặt trời" vốn nghe rất hoa mỹ này thực ra rất dễ gây hiểu nhầm. Khác với Mặt trời tự nhiên có thể giam giữ khối plasma rực cháy suốt hàng tỷ năm nhờ lực hấp dẫn khổng lồ của chính nó, các cỗ máy trên Trái Đất phải cô lập khối plasma tương tự bên trong một buồng chứa hình bánh xe bằng thép nhờ hệ thống từ trường siêu mạnh.
Chính công đoạn duy trì từ trường này mới là mắt xích đắt đỏ và phức tạp nhất trong toàn bộ câu chuyện.
Từ T-3 đến buồng chứa hình bánh xe: Nguồn gốc của Tokamak
Để hiểu vì sao những cỗ máy này ra đời, chúng ta cần quay lại gốc gác của thiết kế tokamak — một từ tiếng Nga viết tắt của cụm từ "buồng hình bánh xông với các cuộn từ", bắt nguồn từ nghiên cứu tổng hợp hạt nhân có kiểm soát của Liên Xô từ cuối thập niên 1950 và đầu 1960.
Bước ngoặt thực sự đến vào giữa thập niên 1960 tại thiết bị T-3 thuộc Viện Năng lượng Nguyên tử Kurchatov ở Moscow, khi nó đạt thời gian và thông số giam giữ vượt xa mọi mô hình bẫy từ thời bấy giờ như bẫy từ mở, stellarator hay pinch.
Ban đầu, giới khoa học phương Tây tỏ ra bán tín bán nghi trước kết quả xuất sắc này. Mọi hoài nghi chỉ thực sự được xóa bỏ vào năm 1969, khi một đoàn nhà vật lý Anh từ Phòng thí nghiệm Culham mang hệ thống đo tán xạ laser Thomson — công nghệ đo nhiệt độ electron chính xác nhất lúc bấy giờ — đến thử nghiệm trực tiếp trên máy T-3 và thu về kết quả trùng khớp hoàn toàn.
Ngay lập tức, một cuộc đua toàn cầu bùng nổ từ Princeton đến Culham, biến mô hình tokamak thành tiêu chuẩn toàn cầu cho đến tận ngày nay, đồng thời đặt nền móng cho các siêu dự án hiện đại như Lò phản ứng Nhiệt hạch Thử nghiệm Quốc tế ITER tại Pháp mà Trung Quốc là thành viên nòng cốt, cũng như chuỗi thiết bị thử nghiệm riêng của Bắc Kinh.
Thứ mà các cỗ máy này đang cố gắng "nhốt" thực chất là phản ứng hợp hạch giữa hai đồng vị hydro là deuterium và tritium, tạo ra hạt nhân helium, một neutron tự do mang năng lượng cao và giải phóng khoảng 17,6 MeV năng lượng.
Dù phản ứng phân hạch uranium tỏa ra tới 200 MeV, hạt nhân uranium lại nặng hơn rất nhiều, khiến năng lượng tạo ra trên một đơn vị khối lượng của nhiệt hạch vượt trội hơn hẳn trong khi lượng nhiên liệu tiêu tốn cực kỳ nhỏ.
Dẫu vậy, để các hạt nhân vượt qua lực đẩy tĩnh điện và hòa vào nhau, plasma phải đạt nhiệt độ 100–150 triệu độ C — nóng gấp nhiều lần lõi Mặt trời vốn chỉ ở mức 15 triệu độ C và phải bù đắp nhiệt độ thấp bằng áp suất hấp dẫn khổng lồ không thể tái tạo trên Trái Đất.
Vì không vật liệu nhân tạo nào chịu được tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ hàng trăm triệu độ mà không bốc hơi, người ta bắt buộc phải dùng từ trường để các hạt mang điện xoắn trôn ốc và lơ lửng trong buồng chứa.
Hiệu quả giam giữ được đo bằng tiêu chuẩn Lawson — tích của mật độ plasma, nhiệt độ và thời gian giữ năng lượng — để đạt trạng thái tự duy trì. Một chỉ số quan trọng khác là hệ số cân bằng năng lượng Q, tỷ lệ giữa năng lượng nhiệt hạch sinh ra so với năng lượng tiêu tốn để đun nóng plasma.
Khi Q = 1, năng lượng thu về chỉ đủ bù đắp năng lượng kích hoạt, hoàn toàn chưa tính đến thất thoát qua turbine, làm mát hay chi phí vận hành. Để có lãi, hệ số Q phải đạt từ 10 trở lên, trong khi dự án ITER mới đặt mục tiêu Q khoảng 10.
Chính tại đây xuất hiện khoảng hẫng lớn giữa thực tế khoa học và tin tức truyền thông, bởi các kỷ lục của Trung Quốc chủ yếu nằm ở thời gian giam giữ chứ chưa phải sản xuất điện.
Vào tháng 1/2025, tokamak EAST tại Hợp Phì đã duy trì plasma hiệu suất cao trong 1.066 giây (gần 18 phút), và trong một thử nghiệm khác từng đun nóng plasma lên 120 triệu độ C trong hơn 100 giây.
Tại Thành Đô, cỗ máy HL-2M từng tạo ra dòng điện plasma vượt mốc 2,5 megaampere. Dù là những cột mốc vật lý đột phá, những cỗ máy này mới chỉ dùng nhiên liệu deuterium đơn thuần chứ chưa đốt hỗn hợp deuterium-tritium, không đặt mục tiêu hệ Q cao và chưa tạo ra dù chỉ một watt điện thương mại cho lưới điện. Chúng chỉ là hệ thống thử nghiệm nhằm hoàn thiện công nghệ giam giữ, không phải nhà máy điện thu nhỏ.
Bước tiến mới nhất làm bùng lên làn sóng tin tức là việc Trung Quốc thử nghiệm thành công khối nam châm toroid siêu dẫn lớn nhất thế giới cho dự án CRAFT tại Hợp Phì, với kích thước dài 21 mét, rộng 12 mét và nặng tới 582 tấn, lớn hơn khoảng 1,3 lần và tích trữ năng lượng từ trường gấp 3 lần các cuộn dây của ITER.
Song song đó, cuộn dây trung tâm siêu dẫn nhiệt độ cao — được ví như "bộ đánh lửa" — đã chịu được dòng điện tới 60 kiloampere, vượt xa thiết kế ban đầu là 46,5 kiloampere.
Những con số này chứng minh Trung Quốc đã hoàn toàn làm chủ công nghệ chế tạo nam châm chuẩn lò phản ứng với tỷ lệ nội địa hóa tối đa từ thép chịu lực, vật liệu cách điện cho đến sợi dây siêu dẫn, đồng thời khẳng định từ trường càng mạnh thì khả năng nén plasma càng đặc và nóng để kéo theo công suất tiềm năng cao hơn.
Tuy nhiên, khối nam châm khổng lồ này cũng đồng thời là một trong những hạng mục ngốn ngân sách lớn nhất và không hề giúp giảm chi phí chế tạo.
Ngay sau thử nghiệm này, thông tin Trung Quốc đã "giải quyết được 80% thách thức" và sẽ cung cấp năng lượng vô tận vào năm 2030 nhanh chóng lan truyền. Trên thực tế, các báo cáo từ trang chuyên ngành atomic-energy.ru dẫn nguồn từ Viện Vật lý Plasma Trung Quốc, tờ South China Morning Post dẫn lời các nhà khoa học, hay đánh giá của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đều khẳng định chặng đường thương mại hóa còn rất dài.
Dự án lò phản ứng thử nghiệm CFETR sớm nhất cũng phải đến năm 2035 mới hoàn thành xây dựng và dự kiến chỉ phát điện thương mại vào khoảng năm 2050. Con số "80%" thực chất chỉ là tiến độ hoàn thành một số hệ thống phụ của riêng dự án CRAFT, chứ không phải giải quyết 80% toàn bộ bài toán nhiệt hạch.
Lộ trình này bị kéo dài bởi ba bức tường công nghệ mà chưa một liên minh nào trên thế giới vượt qua. Thứ nhất là bài toán vật liệu: dòng neutron bắn phá liên tục làm bật các nguyên tử ra khỏi mạng tinh thể, gây ra mức độ phá hủy đo bằng chỉ số dpa.
Giai đoạn 2 của CFETR đặt mục tiêu 50 dpa, nghĩa là mỗi nguyên tử buồng chứa sẽ bị đánh bật khỏi vị trí trung bình 50 lần, khiến kim loại bị phồng rộp, biến dạng và giòn gãy. Dù có các ứng viên như thép ferritic-martensitic hay hợp kim gia cường phân tán, chưa có vật liệu nào được chứng nhận an toàn ở ngưỡng này.
Thứ hai là chu trình tự sản xuất tritium — một loại nhiên liệu phóng xạ cực kỳ hiếm và có chu kỳ phân rã nhanh, bắt buộc phải được tạo ra ngay trong lò phản ứng bằng cách bọc liti xung quanh để hứng neutron, sau đó tách chiết, làm sạch và bơm ngược lại plasma. Chưa có cỗ máy nào vận hành thành công chu trình khép kín này ở quy mô công nghiệp, nhất là khi tritium là khí phóng xạ linh động có khả năng thẩm thấu qua hầu hết bề mặt.
Thứ ba là bài toán chi phí: theo nghiên cứu kinh tế của Lindley trên tạp chí Energy Policy , chi phí sản xuất mỗi kilowatt-giờ điện nhiệt hạch ban đầu ước tính lên tới hơn 150 USD/MWh và về lâu dài cũng chỉ giảm xuống 50–100 USD/MWh, vẫn cao hơn hoặc tương đương điện gió, điện mặt trời và điện hạt nhân phân hạch hiện nay.
Việc các bộ phận như lớp phủ hay bộ chệch hướng bị thoái hóa nặng nề dưới dòng neutron và phải thay mới định kỳ — đòi hỏi dừng toàn bộ nhà máy và xử lý chất thải phức tạp — đã đập tan hoàn toàn ý niệm về một cỗ máy "chỉ cần xây một lần rồi phát điện miễn phí mãi mãi".
Copy link Link bài gốc Lấy link Báo Nga vạch trần màn thổi phồng của Trung Quốc về cái gọi là “mặt trời vô tận" phát điện mãi mãi | Sức Khỏe 24H
Nguồn: GenK
Chuyên mục: Kiến thức
Cứ vài tháng, truyền thông lại rộ lên những tiêu đề quen thuộc về việc "mặt trời nhân tạo" của Trung Quốc xô đổ kỷ lục mới. Nhưng sự thật đâu chỉ có thế.
Cứ vài tháng, truyền thông lại rộ lên những tiêu đề quen thuộc về việc "mặt trời nhân tạo" của Trung Quốc xô đổ kỷ lục mới, hứa hẹn mang lại nguồn năng lượng giá rẻ vô tận ngay vào năm 2030.
Tuy nhiên, trang Topwar của Nga cho rằng thuật ngữ "mặt trời" vốn nghe rất hoa mỹ này thực ra rất dễ gây hiểu nhầm. Khác với Mặt trời tự nhiên có thể giam giữ khối plasma rực cháy suốt hàng tỷ năm nhờ lực hấp dẫn khổng lồ của chính nó, các cỗ máy trên Trái Đất phải cô lập khối plasma tương tự bên trong một buồng chứa hình bánh xe bằng thép nhờ hệ thống từ trường siêu mạnh.
Chính công đoạn duy trì từ trường này mới là mắt xích đắt đỏ và phức tạp nhất trong toàn bộ câu chuyện.
Từ T-3 đến buồng chứa hình bánh xe: Nguồn gốc của Tokamak
Để hiểu vì sao những cỗ máy này ra đời, chúng ta cần quay lại gốc gác của thiết kế tokamak — một từ tiếng Nga viết tắt của cụm từ "buồng hình bánh xông với các cuộn từ", bắt nguồn từ nghiên cứu tổng hợp hạt nhân có kiểm soát của Liên Xô từ cuối thập niên 1950 và đầu 1960.
Bước ngoặt thực sự đến vào giữa thập niên 1960 tại thiết bị T-3 thuộc Viện Năng lượng Nguyên tử Kurchatov ở Moscow, khi nó đạt thời gian và thông số giam giữ vượt xa mọi mô hình bẫy từ thời bấy giờ như bẫy từ mở, stellarator hay pinch.
Ban đầu, giới khoa học phương Tây tỏ ra bán tín bán nghi trước kết quả xuất sắc này. Mọi hoài nghi chỉ thực sự được xóa bỏ vào năm 1969, khi một đoàn nhà vật lý Anh từ Phòng thí nghiệm Culham mang hệ thống đo tán xạ laser Thomson — công nghệ đo nhiệt độ electron chính xác nhất lúc bấy giờ — đến thử nghiệm trực tiếp trên máy T-3 và thu về kết quả trùng khớp hoàn toàn.
Ngay lập tức, một cuộc đua toàn cầu bùng nổ từ Princeton đến Culham, biến mô hình tokamak thành tiêu chuẩn toàn cầu cho đến tận ngày nay, đồng thời đặt nền móng cho các siêu dự án hiện đại như Lò phản ứng Nhiệt hạch Thử nghiệm Quốc tế ITER tại Pháp mà Trung Quốc là thành viên nòng cốt, cũng như chuỗi thiết bị thử nghiệm riêng của Bắc Kinh.
Thứ mà các cỗ máy này đang cố gắng "nhốt" thực chất là phản ứng hợp hạch giữa hai đồng vị hydro là deuterium và tritium, tạo ra hạt nhân helium, một neutron tự do mang năng lượng cao và giải phóng khoảng 17,6 MeV năng lượng.
Dù phản ứng phân hạch uranium tỏa ra tới 200 MeV, hạt nhân uranium lại nặng hơn rất nhiều, khiến năng lượng tạo ra trên một đơn vị khối lượng của nhiệt hạch vượt trội hơn hẳn trong khi lượng nhiên liệu tiêu tốn cực kỳ nhỏ.
Dẫu vậy, để các hạt nhân vượt qua lực đẩy tĩnh điện và hòa vào nhau, plasma phải đạt nhiệt độ 100–150 triệu độ C — nóng gấp nhiều lần lõi Mặt trời vốn chỉ ở mức 15 triệu độ C và phải bù đắp nhiệt độ thấp bằng áp suất hấp dẫn khổng lồ không thể tái tạo trên Trái Đất.
Vì không vật liệu nhân tạo nào chịu được tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ hàng trăm triệu độ mà không bốc hơi, người ta bắt buộc phải dùng từ trường để các hạt mang điện xoắn trôn ốc và lơ lửng trong buồng chứa.
Hiệu quả giam giữ được đo bằng tiêu chuẩn Lawson — tích của mật độ plasma, nhiệt độ và thời gian giữ năng lượng — để đạt trạng thái tự duy trì. Một chỉ số quan trọng khác là hệ số cân bằng năng lượng Q, tỷ lệ giữa năng lượng nhiệt hạch sinh ra so với năng lượng tiêu tốn để đun nóng plasma.
Khi Q = 1, năng lượng thu về chỉ đủ bù đắp năng lượng kích hoạt, hoàn toàn chưa tính đến thất thoát qua turbine, làm mát hay chi phí vận hành. Để có lãi, hệ số Q phải đạt từ 10 trở lên, trong khi dự án ITER mới đặt mục tiêu Q khoảng 10.
Chính tại đây xuất hiện khoảng hẫng lớn giữa thực tế khoa học và tin tức truyền thông, bởi các kỷ lục của Trung Quốc chủ yếu nằm ở thời gian giam giữ chứ chưa phải sản xuất điện.
Vào tháng 1/2025, tokamak EAST tại Hợp Phì đã duy trì plasma hiệu suất cao trong 1.066 giây (gần 18 phút), và trong một thử nghiệm khác từng đun nóng plasma lên 120 triệu độ C trong hơn 100 giây.
Tại Thành Đô, cỗ máy HL-2M từng tạo ra dòng điện plasma vượt mốc 2,5 megaampere. Dù là những cột mốc vật lý đột phá, những cỗ máy này mới chỉ dùng nhiên liệu deuterium đơn thuần chứ chưa đốt hỗn hợp deuterium-tritium, không đặt mục tiêu hệ Q cao và chưa tạo ra dù chỉ một watt điện thương mại cho lưới điện. Chúng chỉ là hệ thống thử nghiệm nhằm hoàn thiện công nghệ giam giữ, không phải nhà máy điện thu nhỏ.
Bước tiến mới nhất làm bùng lên làn sóng tin tức là việc Trung Quốc thử nghiệm thành công khối nam châm toroid siêu dẫn lớn nhất thế giới cho dự án CRAFT tại Hợp Phì, với kích thước dài 21 mét, rộng 12 mét và nặng tới 582 tấn, lớn hơn khoảng 1,3 lần và tích trữ năng lượng từ trường gấp 3 lần các cuộn dây của ITER.
Song song đó, cuộn dây trung tâm siêu dẫn nhiệt độ cao — được ví như "bộ đánh lửa" — đã chịu được dòng điện tới 60 kiloampere, vượt xa thiết kế ban đầu là 46,5 kiloampere.
Những con số này chứng minh Trung Quốc đã hoàn toàn làm chủ công nghệ chế tạo nam châm chuẩn lò phản ứng với tỷ lệ nội địa hóa tối đa từ thép chịu lực, vật liệu cách điện cho đến sợi dây siêu dẫn, đồng thời khẳng định từ trường càng mạnh thì khả năng nén plasma càng đặc và nóng để kéo theo công suất tiềm năng cao hơn.
Tuy nhiên, khối nam châm khổng lồ này cũng đồng thời là một trong những hạng mục ngốn ngân sách lớn nhất và không hề giúp giảm chi phí chế tạo.
Ngay sau thử nghiệm này, thông tin Trung Quốc đã "giải quyết được 80% thách thức" và sẽ cung cấp năng lượng vô tận vào năm 2030 nhanh chóng lan truyền. Trên thực tế, các báo cáo từ trang chuyên ngành atomic-energy.ru dẫn nguồn từ Viện Vật lý Plasma Trung Quốc, tờ South China Morning Post dẫn lời các nhà khoa học, hay đánh giá của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đều khẳng định chặng đường thương mại hóa còn rất dài.
Dự án lò phản ứng thử nghiệm CFETR sớm nhất cũng phải đến năm 2035 mới hoàn thành xây dựng và dự kiến chỉ phát điện thương mại vào khoảng năm 2050. Con số "80%" thực chất chỉ là tiến độ hoàn thành một số hệ thống phụ của riêng dự án CRAFT, chứ không phải giải quyết 80% toàn bộ bài toán nhiệt hạch.
Lộ trình này bị kéo dài bởi ba bức tường công nghệ mà chưa một liên minh nào trên thế giới vượt qua. Thứ nhất là bài toán vật liệu: dòng neutron bắn phá liên tục làm bật các nguyên tử ra khỏi mạng tinh thể, gây ra mức độ phá hủy đo bằng chỉ số dpa.
Giai đoạn 2 của CFETR đặt mục tiêu 50 dpa, nghĩa là mỗi nguyên tử buồng chứa sẽ bị đánh bật khỏi vị trí trung bình 50 lần, khiến kim loại bị phồng rộp, biến dạng và giòn gãy. Dù có các ứng viên như thép ferritic-martensitic hay hợp kim gia cường phân tán, chưa có vật liệu nào được chứng nhận an toàn ở ngưỡng này.
Thứ hai là chu trình tự sản xuất tritium — một loại nhiên liệu phóng xạ cực kỳ hiếm và có chu kỳ phân rã nhanh, bắt buộc phải được tạo ra ngay trong lò phản ứng bằng cách bọc liti xung quanh để hứng neutron, sau đó tách chiết, làm sạch và bơm ngược lại plasma. Chưa có cỗ máy nào vận hành thành công chu trình khép kín này ở quy mô công nghiệp, nhất là khi tritium là khí phóng xạ linh động có khả năng thẩm thấu qua hầu hết bề mặt.
Thứ ba là bài toán chi phí: theo nghiên cứu kinh tế của Lindley trên tạp chí Energy Policy , chi phí sản xuất mỗi kilowatt-giờ điện nhiệt hạch ban đầu ước tính lên tới hơn 150 USD/MWh và về lâu dài cũng chỉ giảm xuống 50–100 USD/MWh, vẫn cao hơn hoặc tương đương điện gió, điện mặt trời và điện hạt nhân phân hạch hiện nay.
Việc các bộ phận như lớp phủ hay bộ chệch hướng bị thoái hóa nặng nề dưới dòng neutron và phải thay mới định kỳ — đòi hỏi dừng toàn bộ nhà máy và xử lý chất thải phức tạp — đã đập tan hoàn toàn ý niệm về một cỗ máy "chỉ cần xây một lần rồi phát điện miễn phí mãi mãi".
Copy link Link bài gốc Lấy link Báo Nga vạch trần màn thổi phồng của Trung Quốc về cái gọi là “mặt trời vô tận" phát điện mãi mãi | Sức Khỏe 24H
Nguồn: GenK
Chuyên mục: Kiến thức
