Các thí nghiệm tritium cuối cùng của cơ sở nghiên cứu nhiệt hạch mang lại kỷ lục năng lượng mới
bởi EUROfusion
Nhìn vào bên trong tokamak Torus của Liên minh Châu Âu ở xung #104522 từ ngày 3 tháng 10 năm 2023, thiết lập kỷ lục năng lượng nhiệt hạch mới là 69 megajoule. Nhà cung cấp hình ảnh: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh, với sự giúp đỡ của EUROfusion
Joint European Torus (JET), một trong những máy nhiệt hạch lớn nhất và mạnh nhất thế giới, đã chứng tỏ khả năng tạo ra năng lượng nhiệt hạch một cách đáng tin cậy, đồng thời lập kỷ lục thế giới về sản lượng năng lượng.
Những thành tựu đáng chú ý này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật nhiệt hạch.
Trong các thí nghiệm deuterium-tritium cuối cùng của JET (DTE3), công suất nhiệt hạch cao được tạo ra liên tục trong 5 giây, dẫn đến kỷ lục mang tính đột phá là 69 megajoule chỉ sử dụng 0,2 miligam nhiên liệu.
JET là tokamak, một thiết kế sử dụng từ trường mạnh để giam giữ plasma trong hình dạng chiếc bánh rán. Hầu hết các phương pháp tạo ra phản ứng tổng hợp thương mại đều ưu tiên sử dụng hai biến thể hydro—đơteri và tritium. Khi deuterium và tritium kết hợp với nhau, chúng tạo ra helium và một lượng năng lượng khổng lồ, một phản ứng sẽ hình thành nền tảng cho các nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai.
Video bên trong tokamak Torus của Liên minh Châu Âu của xung #104522 từ ngày 3 tháng 10 năm 2023, đã lập kỷ lục năng lượng nhiệt hạch mới là 69 megajoule. Nhà cung cấp hình ảnh: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh, với sự giúp đỡ của EUROfusion
Tiến sĩ Fernanda Rimini, Giám đốc Khai thác Cấp cao của JET, cho biết: "Chúng tôi có thể tạo ra các plasma nhiệt hạch một cách đáng tin cậy bằng cách sử dụng cùng một hỗn hợp nhiên liệu được sử dụng bởi các nhà máy điện năng lượng nhiệt hạch thương mại, thể hiện chuyên môn tiên tiến được phát triển theo thời gian."
Giáo sư Ambrogio Fasoli, Giám đốc Chương trình (CEO) tại EUROfusion, cho biết: "Việc trình diễn thành công các kịch bản vận hành của chúng tôi cho các máy nhiệt hạch trong tương lai như ITER và DEMO, được xác nhận bởi kỷ lục năng lượng mới, mang lại niềm tin lớn hơn vào sự phát triển của năng lượng nhiệt hạch. Ngoài việc thiết lập một kỷ lục mới, chúng tôi đã đạt được những điều chưa từng làm trước đây và nâng cao hiểu biết của chúng tôi về vật lý nhiệt hạch.”
Tiến sĩ Emmanuel Joffrin, Trưởng nhóm đặc nhiệm khai thác EUROfusion Tokamak từ CEA, cho biết: “Chúng tôi không chỉ chứng minh cách làm giảm nhiệt độ cực mạnh truyền từ plasma đến khí thải, chúng tôi còn chỉ ra trong JET cách chúng tôi có thể đưa cạnh plasma vào một trạng thái ổn định do đó ngăn chặn sự bùng nổ năng lượng chạm tới bức tường. Cả hai kỹ thuật đều nhằm bảo vệ tính toàn vẹn của bức tường của các máy móc trong tương lai. Đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể thử nghiệm những kịch bản đó trong môi trường deuterium-tritium."
Hơn 300 nhà khoa học và kỹ sư từ EUROfusion—một nhóm các nhà nghiên cứu trên khắp Châu Âu, đã đóng góp vào những thí nghiệm mang tính bước ngoặt này tại cơ sở của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh (UKAEA) ở Oxford, thể hiện sự cống hiến và hiệu quả vô song của nhóm quốc tế tại JET.
Nhìn vào bên trong tokamak Torus của Liên minh Châu Âu ở xung #104522 từ ngày 3 tháng 10 năm 2023, thiết lập kỷ lục năng lượng nhiệt hạch mới là 69 megajoule. Nhà cung cấp hình ảnh: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh, với sự giúp đỡ của EUROfusion
Các kết quả này củng cố vai trò then chốt của JET trong việc thúc đẩy năng lượng nhiệt hạch an toàn, ít carbon và bền vững.
Bộ trưởng Hạt nhân và Mạng lưới Vương quốc Anh, Andrew Bowie, cho biết, "Thí nghiệm nhiệt hạch cuối cùng của JET là một bài hát thiên nga phù hợp sau tất cả các công việc mang tính đột phá đã được thực hiện trong dự án kể từ năm 1983. Chúng tôi đang tiến gần hơn đến năng lượng nhiệt hạch hơn bao giờ hết nhờ vào nhóm quốc tế gồm các chuyên gia." các nhà khoa học và kỹ sư ở Oxfordshire."
"Công việc không dừng lại ở đây. Chương trình Fusion Futures của chúng tôi đã cam kết đầu tư 650 triệu bảng Anh vào nghiên cứu và cơ sở vật chất, củng cố vị thế của Vương quốc Anh như một trung tâm nhiệt hạch toàn cầu."
JET kết thúc hoạt động khoa học của mình vào cuối tháng 12 năm 2023.
Giáo sư Sir Ian Chapman, Giám đốc điều hành UKAEA, cho biết: "JET đã hoạt động gần với điều kiện của nhà máy điện nhất có thể với cơ sở vật chất ngày nay và di sản của nó sẽ lan tỏa trong tất cả các nhà máy điện trong tương lai. Nó có vai trò quan trọng trong việc đưa chúng ta đến gần hơn với một môi trường an toàn và an toàn." tương lai bền vững”.
Các kết quả nghiên cứu của JET có ý nghĩa quan trọng không chỉ đối với ITER—một siêu dự án nghiên cứu nhiệt hạch đang được xây dựng ở miền nam nước Pháp—mà còn đối với nhà máy điện nguyên mẫu STEP của Vương quốc Anh, nhà máy điện trình diễn của Châu Âu, DEMO và các dự án nhiệt hạch toàn cầu khác, theo đuổi một tương lai năng lượng an toàn, ít carbon và bền vững.
Tiến sĩ Pietro Barabaschi, Tổng Giám đốc ITER, cho biết: "Trong suốt vòng đời của mình, JET đã đóng vai trò là tiền thân của ITER rất hữu ích: trong việc thử nghiệm các vật liệu mới, trong việc phát triển các thành phần cải tiến mới và không nơi nào khác hơn là trong thế hệ dữ liệu khoa học từ phản ứng tổng hợp Deuterium-Tritium."
"Các kết quả đạt được ở đây sẽ tác động trực tiếp và tích cực đến ITER, xác nhận con đường phía trước và cho phép chúng tôi tiến bộ nhanh hơn tới các mục tiêu hiệu suất của mình. Theo ghi nhận cá nhân, đối với tôi, đây là một đặc ân lớn khi được làm việc tại JET trong một vài năm. Ở đó tôi có cơ hội học hỏi từ nhiều người đặc biệt.”
Nhìn vào bên trong Joint European Torus tokamak ở xung #104522 từ ngày 3 tháng 10 năm 2023, lập kỷ lục năng lượng nhiệt hạch mới là 69 megajoule. Nhà cung cấp hình ảnh: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh, với sự giúp đỡ của EUROfusion
JET là công cụ thúc đẩy năng lượng nhiệt hạch trong hơn bốn thập kỷ, tượng trưng cho sự hợp tác khoa học quốc tế, kỹ thuật xuất sắc và cam kết khai thác sức mạnh của năng lượng nhiệt hạch—các phản ứng tương tự cung cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao.
JET đã chứng minh phản ứng tổng hợp bền vững trong 5 giây ở công suất cao và lập kỷ lục thế giới vào năm 2021. Các thí nghiệm deuterium-tritium đầu tiên của JET diễn ra vào năm 1997.
Khi nó chuyển sang giai đoạn tiếp theo trong vòng đời của nó là tái sử dụng và ngừng hoạt động, một lễ kỷ niệm vào cuối tháng 2 năm 2024 sẽ tôn vinh tầm nhìn sáng lập và tinh thần hợp tác đã thúc đẩy thành công của nó.
Những thành tựu tại JET, từ những cột mốc khoa học quan trọng cho đến việc lập kỷ lục năng lượng, nhấn mạnh di sản lâu dài của cơ sở này trong quá trình phát triển công nghệ nhiệt hạch.
Những đóng góp của nó cho khoa học và kỹ thuật nhiệt hạch đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của năng lượng nhiệt hạch, hứa hẹn sẽ trở thành một phần an toàn, ít carbon và bền vững trong nguồn cung cấp năng lượng trong tương lai của thế giới.
Tiềm năng năng lượng nhiệt hạch
Sự kết hợp, quá trình cung cấp năng lượng cho các ngôi sao như mặt trời của chúng ta, hứa hẹn một nguồn nhiệt và điện sạch trong thời gian dài, sử dụng một lượng nhỏ nhiên liệu có thể được cung cấp trên toàn thế giới từ các vật liệu rẻ tiền.
Khi hỗn hợp hai dạng hydro (deuterium và tritium) được đun nóng để tạo thành plasma được kiểm soát ở nhiệt độ cực cao—nóng hơn 10 lần so với lõi mặt trời—chúng hợp nhất với nhau để tạo ra helium và giải phóng năng lượng có thể khai thác để sản xuất điện .
Nội thất của máy nhiệt hạch thử nghiệm tokamak Joint European Torus (JET) với một bức ảnh được phủ plasma. Nhà cung cấp hình ảnh: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh, với sự giúp đỡ của EUROfusion
Deuterium và tritium là hai biến thể nặng hơn của hydro thông thường và cùng nhau mang lại khả năng phản ứng cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu nhiệt hạch. Ở nhiệt độ 150 triệu độ C, deuterium và triti kết hợp với nhau tạo thành helium và giải phóng một lượng nhiệt năng cực lớn mà không gây ra hiệu ứng nhà kính. Fusion vốn đã an toàn ở chỗ nó không thể bắt đầu một quá trình chạy nhanh và không tạo ra chất thải tồn tại lâu dài.
Có nhiều hơn một cách để đạt được sự hợp nhất. Cách tiếp cận của chúng tôi là giữ plasma nóng bằng nam châm mạnh trong một máy hình vòng gọi là "tokamak", sau đó khai thác lượng nhiệt này để sản xuất điện theo cách tương tự như các nhà máy điện hiện có.
Về nhiên liệu năng lượng nhiệt hạch
Hầu hết các phương pháp tạo ra phản ứng tổng hợp thương mại đều ưu tiên sử dụng hai biến thể hydro—đơteri và tritium. Khi deuterium và tritium kết hợp với nhau, chúng tạo ra helium và một lượng năng lượng khổng lồ—một phản ứng sẽ hình thành nền tảng cho các nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai.
Deuterium rất dồi dào và có thể được chiết xuất từ nước. Tritium là một biến thể phóng xạ của hydro có chu kỳ bán rã khoảng 12 năm. Tritium có thể được sản xuất từ lithium.
Về thí nghiệm deuterium-tritium cuối cùng (DTE3)
JET là máy nhiệt hạch tokamak duy nhất đang hoạt động có khả năng xử lý nhiên liệu tritium. Vòng thí nghiệm thứ ba sử dụng nhiên liệu deuterium và tritium được tiến hành trong bảy tuần từ ngày 31 tháng 8 đến ngày 14 tháng 10 năm 2023. Họ tập trung vào ba lĩnh vực—khoa học plasma, khoa học vật liệu và neutron học.
Kỷ lục về năng lượng nhiệt hạch của JET là kết quả của khả năng tiên tiến trong việc vận hành plasma deuterium-tritium. Những thí nghiệm này được thiết kế chủ yếu như là cơ hội đầu tiên để chứng minh tính khả thi của việc giảm thiểu tải nhiệt lên tường trong môi trường deuterium-tritium, rất quan trọng đối với các kịch bản ITER.
