Central Solenoid: “Trái tim đập” của hành trình tìm kiếm năng lượng sạch

Trong nhiều năm, nhân loại đã không ngừng tìm kiếm các giải pháp bền vững để cung cấp năng lượng sạch và giảm phát thải carbon. 

Một trong những dự án mang tầm vóc lịch sử là ITER – lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới đang được xây dựng tại miền Nam nước Pháp – một siêu dự án có sự tham gia của 35 quốc gia. 

Điểm nhấn quan trọng trong dự án này là Central Solenoid – một nam châm siêu dẫn xung mạnh khổng lồ, đóng vai trò là “trái tim năng lượng” quan trọng trong việc kiểm soát plasma và duy trì phản ứng nhiệt hạch bền vững của lò ITER Tokamak. 

Ông John Smith, Giám đốc kỹ thuật và dự án tại General Atomics – Tập đoàn năng lượng và quốc phòng của Mỹ có trụ sở chính tại San Diego, California, đơn vị chịu trách nhiệm chế tạo nam châm cho biết – Central Solenoid được xem là nam châm điện lớn nhất và mạnh nhất từng được con người tạo ra trong lịch sử.

Dữ liệu từ US ITER (Mỹ) cho biết, Central Solenoid bao gồm 6 mô-đun xếp chồng lên nhau chính xác, đặt tại trung tâm của lò phản ứng ITER. Mỗi mô-đun nặng khoảng 110 tấn. Tổng thể của nam châm Central Solenoid sau khi lắp ráp hoàn chỉnh (cùng các phần khác) sẽ đạt chiều cao 18 mét và chiều rộng 4,3 mét và có trọng lượng lên tới 1.000 tấn.

Nếu kích thước và trọng lượng của Central Solenoid chưa đủ để gây ấn tượng thì sức mạnh của nó mới chính là thứ khiến nhiều người kinh ngạc. 

“Quái vật nam châm” 1000 tấn này có khả năng tạo ra từ trường mạnh tới 13,1 Tesla – mạnh gấp 280.000 lần từ trường của Trái Đất. Sức mạnh từ trường của Central Solenoid đủ để nhấc bổng một tàu sân bay nặng 90.700 tấn lên khỏi mặt nước, Livescience thông tin.

6 mô-đun của Central Solenoid được xếp chồng và liên kết cực kỳ chính xác trong buồng phản ứng, nhằm đảm bảo dòng plasma ổn định trong điều kiện nhiệt độ vượt ngưỡng lõi của Mặt Trời.

Nhìn rộng hơn, ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) là một siêu dự án nghiên cứu và kỹ thuật tổng hợp hạt nhân quốc tế nhằm mục đích tạo ra năng lượng thông qua quá trình tổng hợp tương tự như Mặt trời.

Kiệt tác kỹ thuật 

Central Solenoid là kết quả của sự hợp tác toàn cầu và trình độ kỹ thuật tiên tiến. Để chế tạo thiết bị này, General Atomics đã sử dụng dây cáp siêu dẫn được sản xuất từ Nhật Bản. Vật liệu chính của dây cáp là hợp chất Niobium và thiếc (Nb₃Sn), được nấu chảy ở nhiệt độ 650°C trong suốt 5 tuần. 

Mỗi mô-đun riêng lẻ về cơ bản là một cuộn dây lớn, được cấu thành từ khoảng 5.600m dây cáp siêu dẫn. 5.600m dây cáp siêu dẫn này được quấn và cách điện bằng hơn 290 km băng dính, tiếp tục được ngâm trong 1.000 gallon nhựa để đảm bảo cách ly hoàn toàn. Khi hoàn thiện, nam châm cần được làm lạnh xuống mức nhiệt độ chỉ 4 Kelvin (gần -269°C) để hoạt động siêu dẫn.

Vì mỗi mô-đun nặng hơn 100 tấn nên quá trình vận chuyển nó đến địa điểm xây dựng ITER tại Pháp cũng là một câu chuyện đáng chú ý. 

Từ San Diego (Mỹ), mỗi mô-đun được đặt trên xe tải đặc biệt với hai đầu kéo và hệ thống lái ở phía sau. Sau khi đến Houston (Mỹ), các mô-đun tiếp tục được vận chuyển bằng tàu qua Đại Tây Dương đến Pháp. Chính phủ Pháp thậm chí đã xây dựng một hệ thống đường bộ chuyên dụng tại Saint-Paul-lez-Durance để đưa các mô-đun khổng lồ này đến ITER một cách an toàn.

35 quốc gia bao gồm Liên minh châu Âu (EU), Anh, Thụy Sĩ, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Mỹ đều đóng góp vào siêu dự án ITER này bằng việc thiết kế và chế tạo một phần trong tổng số hơn 1.000.000 linh kiện của lò phản ứng. 

Tại sao họ phải làm như vậy? 

Tham vọng năng lượng sạch của nhân loại

Được hình thành ngay tại ranh giới của những gì có thể thiết kế, sản xuất và lắp ráp, lò ITER sẽ là thiết bị lớn nhất và mạnh nhất thế giới, có khả năng tạo ra một “ngôi sao nhỏ” trên Trái Đất. Điều này nhằm chứng minh rằng nhiệt hạch – tương tự quá trình cung cấp năng lượng của Mặt Trời – có thể trở thành nguồn điện sạch và vô hạn.

Mặc dù ITER không sản xuất điện để sử dụng thương mại, nhưng dự án này có khả năng tạo ra gấp 10 lần năng lượng so với mức tiêu thụ – một cột mốc mang tính cách mạng trong nghiên cứu nhiệt hạch.

ITER lần đầu tiên xuất hiện tại Hội nghị thượng đỉnh siêu cường Geneva vào tháng 11/1985, khi ý tưởng về một dự án hợp tác quốc tế nhằm phát triển năng lượng nhiệt hạch vì mục đích hòa bình được Tổng thư ký Gorbachev của Liên Xô cũ đề xuất với Tổng thống Mỹ Ronald Reagan.

Ngày nay, hàng ngàn người đang cộng tác tại cơ sở ITER ở Saint Paul-lez-Durance, Pháp, cũng như tại Trung Quốc, Liên minh châu Âu, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Mỹ để xây dựng ITER Tokamak.

Với ITER và công nghệ nhiệt hạch, nhân loại đang tiến gần hơn tới một tương lai không phát thải carbon, nơi mà năng lượng sạch trở thành hiện thực.

 (theo ITER Organization, Livescience, US ITER)