Đăng ký thành viên

Khái niệm nhà máy điện stellarator QI tiên phong

Thiết kế mô hình Stellaris (Ảnh st)

Công ty khởi nghiệp năng lượng nhiệt hạch châu Âu Proxima Fusion đã công bố một bài báo mới bình duyệt, công bố khái niệm tiên phong về một nhà máy điện nhiệt hạch thương mại có thiết kế để hoạt động liên tục.

Bài báo đã công bố trên tạp chí Fusion Engineering and Design này nêu ra khái niệm Stellaris, đưa ra lập luận về các stellarator⁽¹⁾ đẳng động lực học (QI) như một con đường đầy hứa hẹn hướng tới nhà máy điện nhiệt hạch thương mại.

Theo Proxima Fusion, việc xây dựng Stellaris dựa trên kết quả phá kỷ lục của thí nghiệm nghiên cứu Wendelstein 7-X (W7-X) tại Đức, do Viện Vật lý Plasma Max Planck (IPP) chỉ đạo và là sản phẩm của khoản tài trợ hơn 1,35 tỷ USD từ Chính phủ Liên bang Đức và Liên minh châu Âu.

Công trình Stellaris là kết quả của quan hệ đối tác công tư giữa các kỹ sư của Proxima Fusion và các nhà khoa học của Viện Vật lý Plasma Max Planck (IPP).

Tiến sĩ Francesco Sciortino, đồng sáng lập kiêm Giám đốc điều hành của Proxima Fusion, cho biết: “Con đường tiến tới các nhà máy điện nhiệt hạch thương mại hiện đã rộng mở. Stellaris là khái niệm nhà máy điện nhiệt hạch đầu tiên được giới chuyên môn bình duyệt, với thiết kế mang tính đột phá giúp vận hành tin cậy và liên tục – điều mà các tokamak⁽²⁾ và các phương pháp tiếp cận khác chưa làm được. Với nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng và nhu cầu an ninh năng lượng của châu Âu ngày càng leo thang, việc giải phóng năng lượng sạch, vô hạn thông qua nhiệt hạch chưa bao giờ cấp thiết hơn thế, và Proxima cam kết dẫn dắt châu Âu đến một tương lai sử dụng năng lượng nhiệt hạch.”

Proxima cho biết Stellaris có thiết kế để sản xuất nhiều năng lượng hơn đối với một đơn vị thể tích so với các nhà máy điện stellarator khác thiết kế trước đây.

Các trường từ mạnh hơn nhiều do công nghệ nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) tạo ra cho phép cắt giảm đáng kể kích cỡ so với các khái niệm lò phản ứng trước đây. Các lò phản ứng nhỏ hơn có thể xây dựng nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn, và khái niệm Stellaris khai thác lợi thế của các chuỗi cung ứng hiện có.

Phương pháp kỹ thuật dựa trên mô phỏng của Proxima khai thác lợi thế điện toán tiên tiến. Stellaris là thiết kế nhà máy điện dựa trên stellarator QI đầu tiên đáp ứng đồng thời tất cả các hạn chế về vật lý và kỹ thuật chính, như đã chứng minh thông qua các mô phỏng điện từ, cấu trúc, nhiệt và neutron.

Các tính năng kỹ thuật của thiết kế Stellaris bao gồm:

• Một thiết kế trường từ tuân thủ tất cả các mục tiêu tối ưu hóa vật lý quan trọng để sản xuất năng lượng;
• Các cấu trúc hỗ trợ có thể chịu được các lực có mặt khi hoạt động hết công suất;
• Một minh chứng cho thấy công nghệ HTS có thể tích hợp hiệu quả trong các lò phản ứng hạt nhân trường cao, đồng thời đảm bảo quản lý nhiệt hiệu quả trên các bề mặt bên trong;
• Một khái niệm lớp chắn neutron điều chỉnh theo kích thước và hình học phức tạp của các stellarator

Thông qua nam châm trình diễn Stellarator Model Coil (SMC) vào năm 2027, Proxima Fusion đặt mục tiêu chứng minh rằng các stellarator có khả năng sản xuất năng lượng ròng với stellarator Alpha vào năm 2031, và đặt mục tiêu cung cấp năng lượng nhiệt hạch vô hạn, an toàn và sạch cho lưới điện vào những năm 2030.

Giáo sư Tiến sĩ Per Helander, Trưởng phòng Lý thuyết Stellarator tại Max Planck IPP, cho biết: “IPP là đơn vị tiên phong trong việc tối ưu hóa stellarator. Trong những năm gần đây, chúng tôi đã có thể thiết kế các stellarator có các đặc tính vật lý với tiên đoán là có thể mang lại tính năng chưa từng có. Điều này vẫn còn nhiều thách thức về công nghệ và kỹ thuật, Proxima Fusion đã giải quyết những vấn đề này một cách dũng cảm khi cộng tác với IPP trong nghiên cứu đầu tiên thuộc loại này. Đây là công trình quan trọng và thiết yếu trên con đường hướng tới nhà máy điện nhiệt hạch, mà chúng tôi hy vọng sẽ đẩy nhanh thông qua sự cộng tác này.”

Tiến sĩ Jorrit Lion, đồng sáng lập và nhà khoa học trưởng của Proxima Fusion, cho biết: "Lần đầu tiên, chúng tôi đang chứng minh rằng các nhà máy điện nhiệt hạch dựa trên các stellarator QI-HTS là khả thi. Thiết kế Stellaris bao gồm một phạm vi phân tích vật lý và kỹ thuật vô song trong một thiết kế mạch lạc. Để biến năng lượng nhiệt hạch thành hiện thực, chúng tôi giờ đây cần tiến hành thiết kế kỹ thuật đầy đủ và tiếp tục phát triển các công nghệ hỗ trợ."

(1) Stellarator là một thiết bị dùng trường từ cực mạnh để giam giữ plasma nóng trong một khối ba chiều phức tạp, nhằm cho phép các hạt nhân nhẹ va chạm và tổng hợp thành hạt nhân nặng hơn, giải phóng năng lượng.

(2) Tokamak là một thiết bị dạng vòng xuyến, trong đó giữ lại plasma nhiệt hạch nhờ hệ thống trường từ cực mạnh. Nó là thiết kế phổ biến nhất hiện nay trong các dự án nghiên cứu nhiệt hạch trên toàn cầu.

Biên dịch: Bùi Thị Thu Hường

Theo “PEI”, tháng 2/2025