Một bước lớn để phát triển năng lượng nhiệt hạch

Các nhà nghiên cứu đã phát triển thành công chìa khóa công nghệ trong việc phát triển lò thử nghiệm phản ứng nhiệt hạch.

 

Hình 1: Các nhà nghiên cứu và nhân viên ở Phòng thí nghiệm phát triển từ tính của UT chuẩn bị mô hình lõi solenoid cho quá trình thẩm thấu áp suất chân không

Tưởng tượng về một thế giới không có sự biến đổi khí hậu do con người tạo ra, không có khủng hoảng năng lượng hay phụ thuộc dầu mỏ từ nước ngoài. Đó như là một thế giới trong mơ, nhưng các kỹ sư ở đại học Tennessee (UT), Knoxville đã tạo ra một bước tiến khổng lồ biến giấc mơ này thành hiện thực.

Các nhà nghiên cứu ở UT đã phát triển thành công giải pháp công nghệ mới cho việc phát triển lò phản ứng thử nghiệm, có thể chứng minh tính khả thi của năng lượng nhiệt hạch cho hệ thống điện. Phản ứng nhiệt hạch hứa hẹn cung cấp nhiều năng lượng hơn phản ứng phân hạch hạt nhân đang được sử dụng ngày nay với rủi ro rất ít.

Giáo sư kỹ thuật Cơ khí, hàng không vũ trụ và y sinh David Irick, Madhu Madhukar và Masood Parang đã tham gia vào dự án liên quan đến Mỹ, năm quốc gia khác và liên minh châu Âu, được biết đến là ITER ( International Thermonuclear Experimental Reactor). Tuần này các nhà nghiên cứu UT đã hoàn thành bước quan trọng cho dự án, do thử nghiệm thành công công nghệ của họ, sẽ cách điện và làm ổn định lõi Solenoid- xương sống của lò phản ứng. ITER đang xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch với mục đích sản xuất gấp 10 lần tổng năng lượng mà nó sử dụng. Cơ sở này hiện đang được xây dựng gần Cadarache, Pháp và sẽ bắt đầu hoạt động vào năm 2020.

“Mục đích của ITER để giúp mang lại năng lượng nhiệt hạch cho thị trường thương mại” – Madhukar nói. “Năng lượng nhiệt hạch an toàn hơn và hiệu quả hơn năng lượng phân hạch. Không nguy hiểm do rò rỉ phóng xạ như xảy ra ở lò phản ứng phân hạch ở Nhật Bản vàChernobyl, và có rất ít chất thải phóng xạ”. “Không giống như lò phản ứng phân hạch ngày nay, nhiệt hạch sử dụng quá trình tương tự như sản xuất năng lượng mặt trời”

Từ năm 2008, Các giáo sư kỹ thuật UT và khoảng 15 sinh viên đã làm việc trong phòng thí nghiệm phát triển từ tính (MDL) của UT  nằm ở ngoài khơi Pellissippi Parkway để phát triển công nghệ đảm nhiệm cô lập và cung cấp độ nguyên khối của kết cấu cho hơn 1.000 tấn lõi solenoid.

Phản ứng Tokamak sử dụng từ trường để giữ Plasma nóng, điện khí đảm nhiệm như nhiên liệu lò phản ứng – đi vào dạng hình xuyến. Lõi solenoid, bao gồm 6 cuộn khổng lồ xếp chồng lên nhau trên các đỉnh của cuộn khác, đóng vai trò nổi bật bởi cả đánh lửa và điều khiển hướng dòng plasma.

Chìa khóa để mở ra công nghệ là tìm ra đúng vật liệu – sợ thủy tinh và hỗn hợp hóa học epoxy, lỏng ở nhiệt độ cao và hóa cứng khi lưu hóa – và quy trình đúng của việc chèn vật liệu này vào tất cả khoảng trống cần thiết bên trong lõi solenoid. Hỗn hợp đặc biệt này cung cấp cách điện và bền để có cấu trúc đặc. Quá trình thẩm thấu di chuyển vật liệu ở đúng vị trí, sự chọn tỉ lệ về nhiệt độ, áp suất, chân không và tốc độ dòng chảy của vật liệu.

Tuần này, nhóm nghiên cứu UT đã kiểm tra kỹ thuật bên trong mô hình của dây dẫn điện lõi solenoid.

“Trong suốt quá trình thẩm thấu epoxy, chúng tôi đã ở trong cuộc đua với thời gian ” Madhukar nói. “với epoxy, chúng tôi đã có các thông số cạnh tranh. Nhiệt độ cao hơn, độ nhớt thấp hơn, nhưng ở cùng thời gian, nhiệt độ cao hơn tuổi thọ làm việc của epoxy ngắn hơn ”.

Cần 2 năm để phát triển công nghệ, cần nhiều hơn 2 ngày để thẩm thấu mô hình lõi solenoid và cần nhiều cặp mắt theo dõi để đảm bảo mọi thứ đều theo kế hoạch.

Điều đó đã làm được.

Mùa hè này, công nghệ của nhóm nghiên cứu sẽ được chuyển giao cho ITER Mỹ ngành công nghiệp đối tác General Atomics ở San Diego, sẽ xây dựng lõi solenoid và vận chuyển đến Pháp.

ITER – được thiết kế để chứng minh tính khả thi khoa học và công nghệ năng lượng nhiệt hạch – sẽ là tokamak lớn nhất của thế giới. Là một thành viên của ITER, Mỹ được truy cập vào tất cả công nghệ được phát triển của ITER và các dữ liệu khoa học, nhưng chịu ít hơn 10% chi phí xây dựng được chia sẻ giữa các quốc gia đối tác. ITER Mỹ là Sở văn phòng năng lượng của dự án khoa khọc quản lý bởi phòng thí nghiệm quốc giaOak Ridge.

 Nguồn: sciencedaily.com

Đỗ Duyên @ MesLab,.. biên dịch

Authors

*

Top