"Nóng bỏng" cuộc đua phản ứng nhiệt hạch hạt nhân

CẨM ANH• 13/06/2024 03:00

Phản ứng nhiệt hạch hạt nhân là lĩnh vực tiếp theo chứng kiến sự cạnh tranh toàn cầu trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu và cạnh tranh quyền lực.

>> Ngược chiều EU, Anh muốn khơi dậy năng lực điện hạt nhân

JT-60SA là lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới trước khi ITER đi vào hoạt động. Ảnh: Viện công nghệ và khoa học lượng tử Nhật Bản

JT-60SA là lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới. Ảnh: Viện công nghệ và khoa học lượng tử Nhật Bản

Vào tháng 4/2024, Trung Quốc đã công bố dự thảo Luật Năng lượng Nguyên tử sửa đổi, gần bảy năm sau khi bắt đầu các cuộc thảo luận về vấn đề này. Nếu Dự luật này được ban hành, sẽ đóng vai trò là tài liệu hướng dẫn cho việc quản lý năng lượng hạt nhân, bao gồm cả nghiên cứu và phát triển ngành công nghiệp nhiệt hạch hạt nhân mới ra đời.

Trung Quốc không phải là quốc gia duy nhất quan tâm đến nhiệt hạch hạt nhân. Tại Hội nghị Biến đổi Khí hậu của Liên hợp quốc năm 2023 (COP28), cựu đặc phái viên về khí hậu của Hoa Kỳ John Kerry đã công bố sáng kiến hợp tác quốc tế mới về nhiệt hạch hạt nhân với sự tham gia của 35 quốc gia đối tác.

Mặc dù các chi tiết cụ thể vẫn chưa được tiết lộ, nhưng sáng kiến mang tính đột phá này đánh dấu lần đầu tiên nhiệt hạch hạt nhân được trình bày như một giải pháp khả thi cho khí hậu tại một hội nghị về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc.

Một loạt Luật về nhiệt hạch hạt nhân đã phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu trong vài năm qua. Tại Hoa Kỳ, Bộ Năng lượng đã đưa ra kế hoạch 10 năm vào năm 2022, bao gồm một sáng kiến phối hợp tất cả các công việc liên quan đến phản ứng tổng hợp hạt nhân theo một chương trình duy nhất để hợp lý hóa các hoạt động nghiên cứu, phát triển và trình diễn phản ứng tổng hợp hạt nhân (RD&D).

Dữ liệu từ Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) cho thấy có 96 dự án thí điểm phản ứng tổng hợp hạt nhân trên toàn thế giới, trong đó 11 dự án khác đang được xây dựng và 29 dự án đã được lên kế hoạch. Hầu hết trong số này đã xuất hiện trong hai năm qua.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát mô phỏng quá trình cung cấp năng lượng cho mặt trời, hợp nhất hai hạt nhân nguyên tử nhẹ hơn thành một hạt nhân nặng hơn dưới áp suất và nhiệt độ cực cao, giải phóng năng lượng khổng lồ. Giống như phản ứng phân hạch hạt nhân, phản ứng tổng hợp hạt nhân không phát thải, nhưng có ưu điểm vượt trội hơn phản ứng phân hạch ở một khía cạnh quan trọng là không tạo ra chất thải phóng xạ lâu dài.

Theo các chuyên gia, năng lượng thu được từ phản ứng tổng hợp hạt nhân cũng cực kỳ cao. Theo IAEA, phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể tạo ra năng lượng cao hơn gấp bốn lần trên một đơn vị trọng lượng nhiên liệu so với phản ứng phân hạch hạt nhân và gần gấp 4 triệu lần so với dầu hoặc than. Những lợi thế này khiến phản ứng tổng hợp hạt nhân trở thành điểm đột phá của tiến bộ công nghệ thế kỷ 21.

>> Helion Energy khởi nghiệp điện nhiệt hạch thành công

Buồng mục tiêu ở NIF, nơi phản ứng nhiệt hạch xảy ra. Ảnh: Damien Jemison/LLNL

Buồng mục tiêu ở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở California. Ảnh: Damien Jemison/LLNL

Cuộc đua nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch hạt nhân được thúc đẩy bởi hai mục tiêu: nhu cầu cấp thiết phải tìm ra các giải pháp giảm thiểu carbon để đối phó với cuộc khủng hoảng khí hậu và giành được lợi thế cạnh tranh trong bối cảnh căng thẳng địa chính trị leo thang.

Trong những năm gần đây, nhiều quốc gia đã triển khai các kế hoạch phi carbon hóa, vạch ra con đường hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0, bao gồm việc phi carbon hóa đáng kể quá trình sản xuất điện.

Nếu được đưa vào khai thác, phản ứng tổng hợp hạt nhân sẽ sản xuất điện ổn định và hiệu quả hơn nhiều so với năng lượng mặt trời hoặc gió trong khi vẫn không phát thải. Là một công nghệ năng lượng sạch đột phá, phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể khử cacbon trong lĩnh vực điện và giúp các quốc gia như Trung Quốc đạt được các mục tiêu khí hậu đầy tham vọng của họ trong khi vượt qua sự phức tạp của quá trình chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch.

Ông Chris Qihan Zou, nhà nghiên cứu về chính sách khí hậu, địa chính trị và Trung Quốc nhận định, phản ứng tổng hợp hạt nhân có tiềm năng cách mạng hóa toàn bộ ngành năng lượng, chống biến đổi khí hậu và đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng trên toàn thế giới. Quốc gia nào có thể kiểm soát hiệu quả ngành năng lượng hạt nhân có thể thống trị thị trường thông qua nguồn năng lượng gần như không giới hạn, sạch và rẻ; đồng thời sở hữu lợi thế tiên phong to lớn.

Với sự chuyển đổi nhanh chóng trong ngành năng lượng sang các nguồn năng lượng sạch, các quốc gia nên tăng cường đầu tư vào phản ứng tổng hợp hạt nhân tại thời điểm quan trọng này.

Mặc dù vậy, ông Zou cho rằng, những rào cản về công nghệ luôn hiện hữu trong hành trình hướng tới thương mại hóa phản ứng tổng hợp hạt nhân. Một thách thức chung mà các nhà nghiên cứu phải đối mặt là phát triển phản ứng tổng hợp hạt nhân tự duy trì trong môi trường nhiệt độ cực cao (trên 100 triệu độ C) để tạo ra đủ năng lượng nhằm tăng năng lượng ròng.

Một số vấn đề quan trọng khác vẫn chưa được giải quyết, chẳng hạn như việc bổ sung nhiên liệu kịp thời, vật liệu có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và chuyển đổi hiệu quả năng lượng tạo ra từ phản ứng tổng hợp thành điện.

Tiềm năng của phản ứng nhiệt hạch hạt nhân vẫn là một nguồn năng lượng sạch mang tính cách mạng và đòn bẩy địa chính trị vẫn tiếp tục thu hút cả chính phủ và các nhà đầu tư tư nhân. Tuy nhiên lĩnh vực này vẫn còn trong giai đoạn sơ khai và chưa thể trở thành giải pháp khả thi để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu.

Do đó, điều cần thiết là không được bỏ qua các lĩnh vực quan trọng khác của hành động ứng phó với biến đổi khí hậu trong khi theo đuổi sự phát triển của công nghệ tổng hợp hạt nhân.