Trung Quốc tiến gần đến “mặt trời nhân tạo”, mở cánh cửa cho kỷ nguyên năng lượng sạch

Theo Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, lò Tokamak Thử nghiệm Siêu dẫn Tiên tiến (EAST) đã thành công trong việc giữ plasma ở trạng thái ổn định với mật độ rất lớn. Đây được xem là rào cản khó vượt nhất trên con đường hiện thực hóa năng lượng nhiệt hạch.

Giáo sư Ping Zhu, đồng tác giả nghiên cứu và giảng viên Trường Kỹ thuật Điện – Điện tử, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, cho biết kết quả này mở ra phương án tiếp cận khả thi và có thể mở rộng nhằm vượt qua giới hạn mật độ trong các lò tokamak cũng như thế hệ thiết bị nhiệt hạch tương lai.

Công trình được công bố ngày 1/1/2026 trên tạp chí Science Advances. Dù vậy, giới khoa học vẫn nhấn mạnh rằng cần thêm nhiều thập kỷ nữa trước khi công nghệ nhiệt hạch có thể thương mại hóa.

Nhiệt hạch được coi là “đỉnh cao” của năng lượng sạch nhờ hầu như không phát thải khí nhà kính, tạo ra rất ít chất thải phóng xạ và có tiềm năng cung cấp nguồn điện gần như vô hạn. Tuy nhiên, sau hơn 70 năm nghiên cứu, công nghệ này vẫn chủ yếu ở giai đoạn thử nghiệm, do phần lớn lò phản ứng hiện nay tiêu tốn nhiều năng lượng hơn lượng điện tạo ra.

Về nguyên lý, lò nhiệt hạch tạo năng lượng bằng cách hợp nhất các hạt nhân nhẹ dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao, tương tự các phản ứng diễn ra trong Mặt trời. Do áp suất trên Trái đất thấp hơn rất nhiều, plasma phải được duy trì ở nhiệt độ cao hơn bề mặt Mặt trời và được giam giữ bằng từ trường cực mạnh.

EAST là lò phản ứng giam giữ từ tính với buồng phản ứng hình “bánh donut”, được thiết kế để duy trì plasma cháy trong thời gian dài. Một trong những thách thức lớn nhất là giới hạn Greenwald – ngưỡng mật độ mà vượt qua đó plasma thường mất ổn định, khiến phản ứng bị dập tắt. Mật độ càng cao thì phản ứng càng thuận lợi, song nguy cơ mất ổn định cũng gia tăng.

Để vượt rào cản này, nhóm nghiên cứu đã kiểm soát chặt tương tác giữa plasma và thành lò, thông qua điều chỉnh áp suất khí nhiên liệu ban đầu và gia nhiệt cộng hưởng cyclotron điện tử trong giai đoạn khởi động. Lần đầu tiên, plasma tại EAST được đưa vào trạng thái mà lý thuyết gọi là “vùng không phụ thuộc mật độ”, nơi plasma vẫn ổn định dù mật độ tiếp tục tăng.

Trước đó, Mỹ cũng từng đạt kết quả tương tự. Năm 2022, lò tokamak DIII-D của Bộ Năng lượng Mỹ tại San Diego phá vỡ giới hạn Greenwald, và đến năm 2024, các nhà khoa học Đại học Wisconsin–Madison còn duy trì plasma ổn định ở mật độ cao gấp khoảng 10 lần giới hạn này trong một thiết bị thử nghiệm.

Những thành tựu tại Trung Quốc và Mỹ được đánh giá là nền tảng quan trọng cho các dự án nhiệt hạch quy mô lớn. Cả hai quốc gia đều tham gia dự án Lò phản ứng Nhiệt hạch Thử nghiệm Quốc tế (ITER) – chương trình hợp tác đa quốc gia nhằm xây dựng lò tokamak lớn nhất thế giới tại Pháp, dự kiến tạo ra các phản ứng nhiệt hạch hoàn chỉnh vào năm 2039.

Dù còn cách xa mục tiêu thương mại hóa, bước tiến của EAST đang từng bước thu hẹp khoảng cách giữa lý thuyết và ứng dụng thực tế của năng lượng nhiệt hạch.

Công nghệ Nga biến rác thải nhựa thành nhiên liệu sạch, mở hướng mới giúp bảo vệ môi trường