Mặt trời nhân tạo là gì? Kỷ lục mới mặt trời nhân tạo Trung Quốc

Xin chào bạn! Có lẽ bạn chưa biết rằng Trung Quốc đang có tham vọng tạo ra một “mặt trời nhân tạo”. Nghe có vẻ điên rồ nhưng đó hoàn toàn là sự thật. Vậy, Trung Quốc đang có tham vọng gì? Và mặt trời nhân tạo là như thế nào? Hãy cùng Viettel AIO tìm hiểu ở bài viết dưới đây.

1. Những nguồn năng lượng phổ biến hiện tại

Năng lượng luôn là vấn đề của toàn cầu. Hiện nay, chúng ta đang có những nguồn năng lượng chính như thuỷ điện, nhiệt điện, năng lượng gió, điện hạt nhân và nguồn năng lượng mặt trời. Nhưng mỗi nguồn năng lượng đều có nhược điểm và hạn chế riêng của nó.

• Thuỷ điện: là nguồn mang lại nhiều năng lượng, nhưng cũng tiềm ẩn nhiều nguy hiểm như lũ lụt hay cản trở lưu lượng dòng nước.
• Nhiệt điện: gây hại cho môi trường.
• Năng lượng gió: Tốn kém chi phí lắp đặt, vận chuyển, điều hành và yêu cầu khu vực địa lý phù hợp để hoạt động.
• Điện hạt nhân: là nguồn năng lượng có hiệu suất cao, nhưng cực kỳ nguy hiểm vì phóng xạ. Hơn nữa, tài nguyên như than đá và urani có hạn, dự kiến sẽ cạn kiệt vào năm 2070 hoặc chỉ sau 30 năm nữa nếu nhu cầu năng lượng tiếp tục tăng.
• Nguồn năng lượng mặt trời: có thể sử dụng trong 5 tỷ năm tới, nhưng phụ thuộc vào thời tiết, không có khả năng dự trữ cao và đầu tư tốn kém.

Những nguồn năng lượng phổ biến hiện nay mà chúng ta đang khai thác luôn có nhược điểm và hạn chế. Nếu nói vô hạn, chỉ có nguồn năng lượng mặt trời là vô hạn. Bởi vậy, người ta tự đặt ra một câu hỏi: Tại sao chúng ta không tạo ra một mặt trời cho riêng mình? Đó là điều mà Trung Quốc đang tham vọng.

2. Vậy mặt trời nhân tạo là cái gì? Và nó hoạt động như thế nào?

Thật ra, mặt trời nhân tạo không phải là một ông mặt trời bay lơ lửng giữa không trung tỏa ra nhiệt và ánh sáng như bóng đèn khổng lồ. Mặt trời nhân tạo chỉ đơn giản là một lò phản ứng hạt nhân, tạo ra phản ứng hợp hạch hay còn gọi là nhiệt hạch.

Phản ứng nhiệt hạch mà con người đang theo đuổi là phản ứng giữa hai đồng vị của hydro là Trinium (2 neutron và 1 proton) và Deuteri (1 neutron và 1 proton). Thành công của phản ứng này sẽ mang lại nguồn năng lượng khổng lồ, giúp chúng ta sử dụng mà không cần lo lắng về tài nguyên cạn kiệt. Chỉ cần 1 chai nước lọc, chúng ta có thể tạo ra năng lượng dùng cho 1 năm với 1 gia đình.

3. Nguyên lý hoạt động của mặt trời nhân tạo hay phản ứng nhiệt hạch

Phản ứng nhiệt hạch yêu cầu nhiệt độ rất cao, khoảng 100 triệu độ C. Trên trái đất tự nhiên không có môi trường nào chịu được nhiệt độ lớn như vậy cho đến khi người ta chế tạo ra bom nguyên tử. Tuy nhiên, bom nguyên tử nổ không tạo ra năng lượng được. Vì vậy, các nhà khoa học đã thiết kế lò phản ứng để tạo ra nhiệt độ cao mà không cần có vụ nổ như bom hạt nhân.

Hiện nay, các lò phản ứng hạt nhân được thiết kế theo nguyên lý của một nhà khoa học người Nga là lò phản ứng Tokamak. Lò phản ứng này sử dụng nguồn điện cực lớn để tạo ra từ trường xoắn các nguyên tử di chuyển với tốc độ siêu nhanh, tạo ra dòng Plasma với nhiệt độ cực cao. Hiện tại, nhiều lò phản ứng đã đạt đến nhiệt độ 100 triệu độ C hoặc hơn, đưa chúng ta gần hơn đến việc tạo ra một nguồn năng lượng sạch gần như không giới hạn.

4. Bốn nguyên nhân khiến mặt trời nhân tạo chưa thực sự thành công

Mặc dù mặt trời nhân tạo đã có những tiến bộ, nhưng vẫn còn một số nguyên nhân khiến nó chưa thực sự thành công:

1. Dòng điện: Để sử dụng phản ứng nhiệt hạch, cần một dòng điện lớn. Nếu gặp trục trặc từ trường, lò phản ứng có thể bị phá hủy. Tuy nhiên, có một thiết kế mới gọi là Wendelstein 7-X-Stellarator đã được phát triển để giải quyết vấn đề này.

2. Chi phí: Xây dựng và vận hành một lò phản ứng nhiệt hạch rất đắt đỏ. Do đó, 34 quốc gia đã hợp tác để xây dựng lò phản ứng khổng lồ có tên ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) tại Pháp.

3. Thời gian duy trì phản ứng plasma: Phản ứng plasma chỉ duy trì được trong thời gian ngắn, chỉ tính bằng phút.

4. Năng lượng sử dụng: Sử dụng năng lượng để tạo ra phản ứng cao hơn so với năng lượng thu được. Ví dụ, lò phản ứng có hiệu suất đạt 16 MW nhưng sử dụng nguồn năng lượng 24 MW, tức là đang lỗ về mặt năng lượng.

5. Thách thức đặt ra với nguồn năng lượng từ mặt trời nhân tạo

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện dự án mặt trời nhân tạo, có vô vàn những thách thức và khó khăn, sau đây là một số ví dụ:

• Nhiệt độ cao: Phản ứng nhiệt hạch cần diễn ra ở nhiệt độ cực cao, hàng triệu độ C, làm cho việc duy trì nhiệt độ này trở thành một thách thức kỹ thuật lớn.

• Kiểm soát plasma: Plasma là trạng thái vật chất thứ tư, cần được kiểm soát để duy trì phản ứng nhiệt hạch. Việc kiểm soát plasma là một thách thức khoa học phức tạp.

• Vật liệu: Các vật liệu trong lò phản ứng nhiệt hạch phải chịu được nhiệt độ cao, bức xạ và neutron.

• Chi phí: Chi phí xây dựng và vận hành lò phản ứng nhiệt hạch vẫn cao. Giảm chi phí để ứng dụng rộng rãi là một thách thức lớn.

• An toàn: Mặc dù năng lượng nhiệt hạch được xem là an toàn hơn so với năng lượng hạt nhân truyền thống, nhưng vẫn còn một số rủi ro tiềm ẩn cần được đánh giá kỹ lưỡng.

6. Kỷ lục chưa từng thấy ở mặt trời nhân tạo Trung Quốc

Mới đây, mặt trời nhân tạo của Trung Quốc đã lập kỷ lục thế giới mới khi làm siêu nóng một vòng plasma đến nhiệt độ nóng gấp 5 lần mặt trời (khoảng 15 triệu độ C) trong hơn 17 phút vào tháng 4 năm 2023.

Theo Tân Hoa xã, lò phản ứng tổng hợp hạt nhân EAST của Trung Quốc đã duy trì nhiệt độ 70 triệu độ C trong 1.056 giây (hơn 17 phút). Thành tựu này mang lại cho các nhà khoa học một bước tiến nhỏ nhưng có ý nghĩa tiến gần hơn đến việc tạo ra một nguồn năng lượng sạch gần như không giới hạn.

Trung Quốc đặt mục tiêu xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch thương mại đầu tiên vào năm 2035. Hi vọng rằng Trung Quốc và cả thế giới sẽ sớm tạo ra một nguồn năng lượng sạch và bền vững từ mặt trời nhân tạo.

-> Tham khảo những mẫu đèn năng lượng mặt trời bán chạy nhất hiện nay tại Viettel AIO.