Thí sinh đọc Bài đọc và trả lời các câu hỏi:

     1. Cuối năm 2021, một thành tựu khoa học mới trong lĩnh vực tìm kiếm nguồn năng lượng hầu như vĩnh cửu và tuyệt đối sạch về mặt sinh thái đã được ghi nhận. Một dự án, mặc dù có quy mô nhỏ, nhưng thuộc tầm cỡ “Megascience”, là lò phản ứng Tokamak Kurchatov T-15MD. Thiết bị này sẽ cho phép các nhà khoa học khám phá các công nghệ nhiệt hạch có kiểm soát để thu được nguồn năng lượng hầu như không cạn kiệt và an toàn với môi trường.

     2. Thuật ngữ “tokamak” xuất hiện vào những năm 50 của thế kỷ trước, khi các nhà khoa học Liên Xô cho ra đời một thiết bị có dạng một chiếc bánh rán, ở trung tâm là từ trường chứa một plasma được nung nóng đến nhiệt độ cực lớn. Kể từ đó, các chuyên gia Nga luôn là những người tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu về nguồn năng lượng plasma (plasma được coi là một dạng vật chất hoàn toàn mới, ngoài 3 dạng vật chất quen thuộc đã được loài người chinh phục là rắn, lỏng, và khí). Lò phản ứng nhiệt hạch “tokamak” T-15MD được chế tạo năm 2021 thuộc loại độc đáo duy nhất trên thế giới, có công suất cao, với kích thước nhỏ gọn.

     3. Tokamak T-15MD được thiết kế và chế tạo hoàn toàn tại Nga trong vòng 10 năm. Đây là phiên bản sửa đổi của lò phản ứng T-15, đã hoạt động tại Viện Kurchatov từ cuối những năm 1980. Nó khác với lò tiền nhiệm của nó ở hình chữ D. Trong khi lò T-15 có tiết diện plasma tròn, lò T-15MD có plasma hình chữ D giúp nó có thể duy trì plasma ở một chế độ hoàn thiện - chế độ H. Chế độ H là cần thiết để thu được năng lượng cao từ quá trình đốt cháy nhiệt hạch trong các lò phản ứng. Cũng có thể thu được các chế độ như vậy trong plasma có tiết diện tròn, tuy nhiên trong plasma hình chữ D, có thể đạt được các kết quả khả quan hơn. Tokamak T-15MD là lò phản ứng nhiệt hạch mới đầu tiên được chế tạo ở Nga trong vòng 20 năm qua.

     4. Trung tâm Nghiên cứu Viện Kurchatov cho biết: “Đối với đất nước chúng tôi, đây là chiếc Tokamak hình chữ D cỡ vừa đầu tiên. Ở Petersburg có một lò Globus-M2, nhưng nó nhỏ hơn 3-4 lần so với T-15MD về kích thước tuyến tính và có thể đặt vừa trong một căn phòng khá rộng rãi trong một căn hộ bình thường. Lò Tokamak T-15DM cần một căn phòng có kích thước như một xưởng máy. Và quy mô trong trường hợp này là rất quan trọng, để có được các thông số plasma cao”.

     5. Tokamak mới có kích thước nhỏ nhưng nhiệm vụ của nó ở quy mô vũ trụ: Nó phải khởi động được các phản ứng nhiệt hạch như những phản ứng vẫn thường xảy ra ở trong tâm của các ngôi sao. Điều này có được nhờ nhiệt độ ở Tokamak có thể lên tới 100 triệu độ C, gấp 8 lần so với nhiệt độ ở trung tâm Mặt trời. Tokamak T-15MD sẽ được sử dụng để giải quyết các vấn đề nghiên cứu. Nắm vững công nghệ phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có kiểm soát sẽ giúp thu được nguồn năng lượng hầu như không cạn kiệt và thân thiện với môi trường. Một lò phản ứng như vậy, do khả năng chạy bằng nhiên liệu an toàn và giá cả phải chăng như đợteri và triti nên có thể giúp thay thế các nhà máy điện hạt nhân. Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có thể cung cấp năng lượng sạch cho nhân loại trong nhiều năm tới, vì thế việc đưa vào hoạt động một lò phản ứng như vậy là một bước tiến lớn trên con đường này.

Theo dự kiến, sẽ nghiên cứu một loạt các đặc tính của plasma trên Tokamak T-15MD. Trong số đó có các quá trình khuếch tán hỗn loạn và vận chuyển các thông số quan trọng để giữ plasma ở trạng thái được kiểm soát. Để đạt mục đích này, người ta cũng lên kế hoạch nghiên cứu vai trò của điện trường và chuyển động quay trong quá trình duy trì plasma và chuyển đổi plasma sang các chế độ khác nhau. Điều đặc biệt quan trọng đối với các nhà khoa học là nghiên cứu sự chuyển đổi của plasma sang chế độ L”. Chế độ L được đặc trưng bởi sự phụ thuộc tiêu cực của thời gian tồn tại của plasma vào công suất gia nhiệt, cũng như Sir suy giảm của sự giam giữ nlasma (giảm thời gian tồn tại) và những thay đổi bên trong của dòng chảy hỗn loạn trong plasma. Nói một cách dễ hiểu, khi chuyển sang chế độ L, chiếc bánh rán plasma bên trong Tokamak có nguy cơ bị phá hủy khi được gia nhiệt và quá trình khởi động sẽ phải bắt đầu lại từ đầu.

     6. Nghiên cứu plasma rất quan trọng đối với các nhà khoa học. Trước hết, các nhà khoa học phải tìm ra bản chất của năng lượng, từ đó tìm ra bản chất di chuyển của các dòng nhiệt và hạt từ plasma đến thành buồng chân không. Trong tương lai, điều này có thể giúp xây dựng nhiều dự án nhiệt hạch quy mô lớn hơn và cho phép nhân loại giải quyết vấn đề về nhu cầu điện đang tăng lên hàng năm.

     7. Các câu hỏi quan trọng tiếp theo là: Vai trò của các thông số khác nhau trong quá trình giam giữ plasma là gì? Sự hỗn loạn, điện trường, hoặc hồ sơ nhiệt độ plasma sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự giam giữ plasma và dòng chảy của các hạt? Các nhà khoa học đã biết rất nhiều về điều này, nhưng họ vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu.

 (Nguồn: Trích từ bài báo “Nhiệt hạch – Nguồn năng lượng của tương lai” do TS. Nguyễn Thành Sơn biên dịch, tạp chí Năng lượng Việt Nam, xuất bản năm 2022)

Tác giả so sánh lò phản ứng T15-MD và Globus-M2 để chứng minh điều gì?