Trong khi truyền thông liên tục ca ngợi những kỷ lục mới của 'mặt trời nhân tạo' Trung Quốc, trang Topwar của Nga đã có bài phân tích chỉ ra sự thật đằng sau những lời quảng bá này. Các cỗ máy tokamak, dù đạt được những cột mốc ấn tượng, vẫn còn rất xa mục tiêu sản xuất điện thương mại.
Nguồn gốc của tokamak và nguyên lý hoạt động
Thiết kế tokamak, từ tiếng Nga có nghĩa là 'buồng hình bánh xe với các cuộn từ', bắt nguồn từ nghiên cứu của Liên Xô từ cuối thập niên 1950. Bước ngoặt xảy ra vào giữa thập niên 1960 với thiết bị T-3 tại Viện Kurchatov ở Moscow, khi nó đạt được các thông số giam giữ vượt trội so với các mô hình khác. Năm 1969, các nhà vật lý Anh từ Phòng thí nghiệm Culham đã xác nhận kết quả này bằng công nghệ đo tán xạ laser Thomson, mở ra cuộc đua toàn cầu và đưa tokamak trở thành tiêu chuẩn quốc tế.
Các tokamak hoạt động bằng cách sử dụng từ trường để giam giữ plasma nóng hàng trăm triệu độ C, nơi diễn ra phản ứng hợp hạch giữa deuterium và tritium, giải phóng năng lượng 17,6 MeV mỗi phản ứng. Để đạt được điều này, plasma phải được đun nóng tới 100-150 triệu độ C, nóng hơn nhiều so với lõi Mặt trời (15 triệu độ C), vì trên Trái Đất không có áp suất hấp dẫn khổng lồ để bù đắp.
Những con số ấn tượng nhưng chưa đủ
Trung Quốc đã đạt được những cột mốc đáng chú ý: tokamak EAST tại Hợp Phì duy trì plasma hiệu suất cao trong 1.066 giây (gần 18 phút) vào tháng 1/2025, và từng đun nóng plasma lên 120 triệu độ C trong hơn 100 giây. Cỗ máy HL-2M tại Thành Đô tạo ra dòng điện plasma vượt mốc 2,5 megaampere. Tuy nhiên, các thử nghiệm này chỉ sử dụng deuterium, chưa phải hỗn hợp deuterium-tritium, và không đặt mục tiêu hệ số Q cao, tức là chưa tạo ra điện năng thương mại.
Bước tiến mới nhất là khối nam châm toroid siêu dẫn lớn nhất thế giới cho dự án CRAFT tại Hợp Phì, dài 21 mét, rộng 12 mét, nặng 582 tấn, lớn hơn 1,3 lần và tích trữ năng lượng từ trường gấp 3 lần cuộn dây của ITER. Cuộn dây trung tâm siêu dẫn nhiệt độ cao đã chịu được dòng điện 60 kiloampere, vượt thiết kế ban đầu 46,5 kiloampere. Những con số này cho thấy Trung Quốc đã làm chủ công nghệ chế tạo nam châm, nhưng cũng đồng nghĩa với chi phí khổng lồ.
Rào cản công nghệ và chi phí
Trái với tin đồn về việc 'giải quyết 80% thách thức' và cung cấp năng lượng vô tận vào năm 2030, các báo cáo từ atomic-energy.ru, South China Morning Post và IAEA đều khẳng định chặng đường còn dài. Dự án CFETR, lò phản ứng thử nghiệm tiếp theo, dự kiến hoàn thành xây dựng vào năm 2035 và chỉ phát điện thương mại vào khoảng năm 2050. Con số '80%' chỉ là tiến độ của một số hệ thống phụ trong dự án CRAFT, không phải toàn bộ bài toán nhiệt hạch.
Ba bức tường công nghệ chính đang cản trở: vật liệu chịu bức xạ neutron (chỉ số dpa lên tới 50 trong giai đoạn 2 của CFETR, gây biến dạng và giòn gãy), chu trình tự sản xuất tritium (nhiên liệu phóng xạ hiếm, phải tạo ra trong lò và tái chế), và chi phí sản xuất điện. Theo nghiên cứu của Lindley trên tạp chí Energy Policy, chi phí ban đầu có thể lên tới hơn 150 USD/MWh, về dài hạn chỉ giảm xuống 50-100 USD/MWh, vẫn cao hơn hoặc tương đương điện gió, điện mặt trời và điện hạt nhân phân hạch hiện nay. Việc phải thay thế các bộ phận thoái hóa định kỳ càng làm tăng chi phí, phá vỡ ý tưởng về một cỗ máy 'phát điện miễn phí mãi mãi'.
