Central Solenoid – Khối nam châm khổng lồ mạnh gấp 280.000 lần từ trường do Trái đất tạo ra

Khối nam châm mạnh nhất thế giới bắt đầu cuộc hành trình đến trung tâm thí nghiệm nhiệt hạch khổng lồ ở Pháp, hứa hẹn sẽ tạo ra từ trường mạnh gấp 280.000 lần từ trường do Trái đất tạo ra.

Trong bối cảnh ngày càng thúc đẩy sản xuất năng lượng sạch để thay thế nhiên liệu hóa thạch và các nguồn năng lượng không thể tái tạo khác, Pháp đang chuẩn bị có được khối nam châm mạnh nhất thế giới cho một lò phản ứng nhiệt hạch, nhằm tái tạo quá trình cung cấp năng lượng cần thiết.

Cụ thể, các kỹ sư ở Mỹ đang chuẩn bị chuyến vận chuyển đầu tiên của khối nam châm mạnh nhất thế giới tới Pháp, nơi nó sẽ giúp cung cấp năng lượng hoạt động cho một lò phản ứng tổng hợp hạt nhân hiện đại nhất trên thế giới hiện nay.

Khối nam châm khủng lồ này có tên gọi là Central Solenoid, đóng vai trò là “trái tim” của lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới tên là ITER. Lò thí nghiệm quốc tế này có sự tham gia của 35 quốc gia và nhằm chứng minh tính khả thi của phản ứng tổng hợp hạt nhân bền vững để tạo ra năng lượng mới. Trong phản ứng tổng hợp hạt nhân, các nguyên tử nhỏ hơn được hợp nhất để tạo ra những nguyên tử lớn hơn – loại phản ứng giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ.

Khi được lắp ráp hoàn chỉnh, khối nam châm Central Solenoid sẽ cao 18m, rộng 4,3m và sẽ có khả năng tạo ra từ trường có cường độ 13 teslas – mạnh hơn khoảng 280.000 lần so với từ trường của Trái đất tạo ra. Nói một cách dễ hiểu, từ trường khủng của Central Solenoid có thể giúp nâng cả một mẫu chiến hạm tàu sân bay nặng tới gần 100.000 tấn, công ty General Atomics cho biết trong một tuyên bố.

John Smith, giám đốc kỹ thuật và các dự án tại General Atomics, công ty chế tạo nam châm này nói với trang Live Science: “Central Solenoid là nam châm điện xung lớn nhất và mạnh nhất từng được chế tạo”.

Về cấu trúc, Central Solenoid được tạo thành từ sáu mô-đun riêng lẻ sẽ được xếp chồng lên nhau bên trong trung tâm của lò phản ứng ITER. Toàn bộ nam châm sẽ cao bằng một tòa nhà bốn tầng và nặng 907 tấn. Mỗi mô-đun yêu cầu hơn hai năm chế tạo chính xác từ hơn 5 km chất siêu dẫn niobi-thiếc được cuộn lại, sau khi các cuộn dây này được đặt vào vị trí, chúng sẽ được niêm phong bằng 3800 lít epoxy. Trong khi công ty sẽ vận chuyển vỏ khối nam châm cùng mô-đun đầu tiên đến Pháp, năm mô-đun Central Solenoid bổ sung còn lại và một bộ mô-đun dự phòng đang ở các giai đoạn chế tạo khác nhau cũng sẽ đến Pháp tiếp sau đó.

Khối nam châm này cũng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong sứ mệnh thiết lập năng lượng nhiệt hạch của ITER, vì nó tạo ra một dòng điện mạnh trong plasma ITER, giúp định hình và kiểm soát phản ứng nhiệt hạch.

Cụ thể, lò phản ứng nhiệt hạch tái tạo các phản ứng được thấy bên trong các ngôi sao, nơi áp suất trọng trường lớn cho phép các cặp nguyên tử hydro hợp nhất và tạo ra nguyên tử heli, giải phóng năng lượng trong quá trình này. Trong một lò phản ứng nhiệt hạch, áp suất trọng trường sẽ thấp hơn nhiều so với bên trong một ngôi sao, vì vậy để đạt được phản ứng tương tự sẽ đòi hỏi nhiệt độ cao hơn nhiều.

Thật không may, nhiệt độ cần thiết trên 150 triệu ° C sẽ làm tan chảy tất cả các vật liệu đã biết trên Trái đất, vì vậy ITER sẽ sử dụng nam châm cực mạnh để kích phản ứng trong lò ở một vòng cách xa bề mặt kim loại. Nước được bơm qua các bức tường của lò phản ứng sẽ chuyển thành hơi nước và dẫn động các tuabin để tạo ra điện. Điện từ trung tâm lò sẽ tạo ra một luồng plasma phản ứng xung quanh lò.

Được xem là một trong những dự án năng lượng đầy tham vọng nhất trên thế giới, ITER sẽ là lò duy trì phản ứng tổng hợp trong thời gian dài và kiểm tra các công nghệ, vật liệu và vật lý tích hợp cần thiết cho việc sản xuất thương mại điện dựa trên nhiệt hạch.

Tiến sĩ Bernard Bigot, Tổng Giám đốc Tổ chức ITER cho biết: “Dự án ITER là sự hợp tác khoa học phức tạp nhất trong lịch sử”.

Tại sao nhiệt hạch lại quan trọng? Phản ứng tổng hợp hạt nhân bền vững có thể mở ra cánh cửa cho năng lượng tái tạo không giới hạn, giúp giảm lượng khí thải carbon được tạo ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch góp phần gây ra biến đổi khí hậu.

Bernard Bigot cho biết: “Nhiệt hạch là một trong số ít các lựa chọn tiềm năng để sản xuất năng lượng không có carbon quy mô lớn. Nó cung cấp một nguồn tài nguyên an toàn, sạch sẽ, luôn hoạt động, không tạo ra khí thải hoặc các chất thải tồn tại lâu dài”.

Để ngăn chặn hoặc thậm chí làm chậm sự nóng lên của hành tinh thì gió, mặt trời, thủy triều và các hệ thống năng lượng tái tạo khác phải được mở rộng quy mô kịp thời, lâu dài trước khi ITER hợp nhất các nguyên tử tạo ra nhưng dòng năng lượng khủng đầu tiên.