Nghiên cứu tiên tiến Tokamak siêu dẫn Hàn Quốc (KSTAR) - một thiết bị nhiệt hạch siêu dẫn, còn được gọi là Mặt Trời nhân tạo của Hàn Quốc - đã lập kỷ lục thế giới mới khi thành công trong việc duy trì plasma nhiệt độ cao trong 20 giây với nhiệt độ ion trên 100 triệu độ C.
Vào ngày 24/11/2020, Trung tâm Nghiên cứu KSTAR tại Viện Năng lượng Nhiệt hạch Hàn Quốc (KFE) đã thông báo rằng trong một nghiên cứu chung với Đại học Quốc gia Seoul (SNU) và Đại học Columbia của Mỹ, trung tâm này đã vận hành thành công Mặt Trời nhân tạo KSTAR đạt 100 triệu độ C trong thời gian 20 giây, lập kỷ lục thế giới mới về nhiệt hạch.
Hàn Quốc bỏ xa các nước công nghệ khác về năng lượng nhiệt hạch để tạo ra Mặt trời nhân tạo đạt 100 triệu độ C trong thời gian 20 giây. Ảnh: Internet
Kỷ lục này được xem là một trong những điều kiện cốt lõi của phản ứng tổng hợp hạt nhân trong Chiến dịch Plasma KSTAR 2020 của Hàn Quốc.
Trong thử nghiệm năm 2018, KSTAR lần đầu tiên đạt đến nhiệt độ ion plasma 100 triệu độ (thời gian lưu khoảng 1,5 giây).
Để tái tạo phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong Mặt Trời nhân tạo, các đồng vị hydro phải được đặt bên trong một thiết bị nhiệt hạch như KSTAR để tạo ra trạng thái plasma nơi các ion và electron bị tách ra, và các ion phải được đốt nóng và duy trì ở nhiệt độ cao.
1. Kỷ lục đột phá
Cho đến nay, trên thế giới đã có những thiết bị nhiệt hạch khác đạt được trạng thái plasma trong thời gian ngắn ở nhiệt độ 100 triệu độ hoặc cao hơn. Tuy nhiên, không thiết bị nào trong số đó phá vỡ kỷ lục duy trì hoạt động trong 10 giây hoặc lâu hơn. Đó là giới hạn hoạt động của thiết bị dẫn điện bình thường và rất khó để duy trì trạng thái plasma ổn định trong thiết bị nhiệt hạch ở nhiệt độ cực cao như vậy trong một thời gian dài.
Trong thử nghiệm năm 2020, KSTAR của Hàn Quốc đã cải thiện hiệu suất của chế độ Rào cản vận chuyển nội bộ (ITB), một trong những chế độ hoạt động plasma thế hệ tiếp theo được phát triển vào năm 2019 và đã thành công trong việc duy trì trạng thái plasma trong một thời gian dài, vượt qua các giới hạn hiện có của hoạt động plasma nhiệt độ cực cao.
Giám đốc Si-Woo Yoon của Trung tâm Nghiên cứu KSTAR tại KFE giải thích: "Các công nghệ cần thiết cho các hoạt động duy trì trạng thái plasma 100 triệu độ C là chìa khóa để tạo ra năng lượng nhiệt hạch và thành công của KSTAR trong việc duy trì plasma nhiệt độ cực cao trong 20 giây sẽ là một bước ngoặt quan trọng trong cuộc chạy đua đảm bảo công nghệ cho hoạt động plasma hiệu suất cao trong thời gian dài - Một thành phần quan trọng của lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thương mại trong tương lai".
"Thành công của thí nghiệm KSTAR đưa chúng ta tiến một bước gần hơn đến sự phát triển của công nghệ hiện thực hóa năng lượng tổng hợp hạt nhân", Yong-Su Na, Giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hạt nhân tại Đại học Quốc gia Seoul, người đã cùng thực hiện nghiên cứu về hoạt động plasma KSTAR, cho biết.
Toàn cảnh quy mô của Mặt trời nhân tạo KSTAR của Hàn Quốc. Ảnh: National Research Council of Science & Technology
Tiến sĩ Young-Seok Park của Đại học Columbia (Mỹ), người đã đóng góp vào việc tạo ra trạng thái plasma nhiệt độ cao cho biết: "Chúng tôi rất vinh dự khi được tham gia dự án của KSTAR. Việc KSTAR lập một kỷ lục thế giới về nhiệt hạch đã chứng tỏ khả năng độc đáo của thiết bị KSTAR siêu dẫn. Tương lai về nhiệt hạch của loài người nhờ đó đang mở rộng hơn bao giờ hết".
2. Mục tiêu năm 2025
KSTAR đã bắt đầu vận hành thiết bị vào tháng 8/2019 và có kế hoạch tiếp tục thử nghiệm tạo plasma cho đến ngày 10/12/2020. KSTAR tiến hành tổng cộng 110 thí nghiệm plasma bao gồm hoạt động plasma hiệu suất cao và các thí nghiệm giảm thiểu gián đoạn plasma - là các thí nghiệm nghiên cứu chung với các tổ chức trong và ngoài nước.
Ngoài thành công trong vận hành plasma nhiệt độ cao, Trung tâm Nghiên cứu KSTAR còn tiến hành các thí nghiệm về nhiều chủ đề, bao gồm cả các nghiên cứu của ITER, được thiết kế để giải quyết các vấn đề phức tạp trong nghiên cứu nhiệt hạch trong thời gian còn lại của thí nghiệm.
KSTAR sẽ chia sẻ các kết quả thí nghiệm chính của mình vào năm 2020 bao gồm cả thành công này với các nhà nghiên cứu nhiệt hạch trên toàn thế giới trong Hội nghị Năng lượng Nhiệt hạch IAEA sẽ được tổ chức vào tháng 5/2021.
Mục tiêu cuối cùng của KSTAR là thành công trong hoạt động liên tục trong 300 giây (thời gian gấp 15 lần so với kỷ lục vừa lập năm 2020) với nhiệt độ ion cao hơn 100 triệu độ vào năm 2025.
Chủ tịch KFE, ông Suk Jae Yoo, phát biểu: "Tôi rất vui mừng thông báo sự ra mắt mới của Viện Năng lượng Nhiệt hạch Hàn Quốc (KFE) với tư cách là một tổ chức nghiên cứu độc lập của Hàn Quốc. KFE sẽ tiếp tục truyền thống thực hiện các nghiên cứu đầy thử thách để đạt được mục tiêu của nhân loại: Hiện thực hóa năng lượng nhiệt hạch".
Kể từ ngày 20/11/2020, KFE, trước đây là Viện Nghiên cứu Nhiệt hạch Quốc gia, một tổ chức trực thuộc của Viện Khoa học Cơ bản Hàn Quốc, đã được tái thành lập như một tổ chức nghiên cứu độc lập.
Bài viết sử dụng nguồn: Phys.org
