Đột phá giúp Trung Quốc tăng tốc phát triển năng lượng nhiệt hạch

8 giờ trướcBài gốc

Tại tỉnh Tứ Xuyên, một công trình khổng lồ hình chữ X đang mọc lên. Nhìn từ vệ tinh, nó có thể chỉ là một siêu dự án tham vọng khác ở một quốc gia vốn nổi tiếng với tốc độ xây dựng nhanh và dám nghĩ lớn. Nhưng với những nhà quan sát sự phát triển công nghệ của Trung Quốc, đây lại là bằng chứng cho thấy Bắc Kinh đang tiến rất gần đến việc vượt lên trước trong một trong những cuộc đua công nghệ hệ trọng nhất của thời đại: hiện thực hóa năng lượng nhiệt hạch thương mại.

Cơ sở hình chữ X bí mật của Trung Quốc

Nhiệt hạch (ND: nhiệt hạch hay hợp hạch tức là quá trình tổng hợp hạt nhân từ nhỏ lên lớn như tổng hợp hydro thành heli trong mặt trời để phát ra năng lượng) hứa hẹn mang lại nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn, không tạo ra chất thải phóng xạ lâu dài và cũng không tiềm ẩn nguy cơ nổ lò như phân hạch (ND: phân hạch là quá trình phân rã các hạt nhân có nguyên tử khối lớn thành các hạt nhân nhỏ hơn và phát ra năng lượng). Nhưng xây dựng được một lò phản ứng có thể duy trì quá trình này đòi hỏi trình độ khoa học và kỹ thuật phi thường.

Công trình hình chữ X đang được xây dựng tại Miên Dương, Tứ Xuyên, dường như là một cơ sở nhiệt hạch bằng laser quy mô khổng lồ. Còn bốn cánh tay dài, nhiều khả năng là các ống dẫn laser, có thể tập trung năng lượng cực mạnh vào một buồng trung tâm. Các nhà phân tích nghiên cứu hình ảnh vệ tinh và hồ sơ đấu thầu cho rằng nó giống với Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) của Mỹ, nhưng lớn hơn đáng kể. Một số khác lại suy đoán đây có thể là một cỗ máy Z-pinch khổng lồ – một thiết bị nhiệt hạch sử dụng dòng điện cực mạnh để nén plasma thành cột hẹp, đặc.

Decker Eveleth, một nhà phân tích tại tổ chức nghiên cứu phi lợi nhuận CNA, nhận xét" “Ngay cả khi Trung Quốc chưa vượt lên ngay lúc này, khi nhìn vào tốc độ họ xây dựng công trình và sức mạnh tài chính để thực hiện các cơ sở hạ tầng quy mô lớn như vậy, thì xu hướng rõ ràng không có lợi cho Mỹ”.

Những bước tiến vượt bậc trong nghiên cứu plasma

Các chương trình vật lý plasma khác của Trung Quốc cũng đang tăng tốc. Vào tháng 1, các nhà nghiên cứu tại Tokamak siêu dẫn tiên tiến (EAST) – biệt danh “Mặt trời nhân tạo” – báo cáo đã duy trì plasma ở mức trên 100 triệu độ C suốt hơn 17 phút (Tokamak là thiết bị hình vòng xuyến, sử dụng từ trường để giam giữ plasma phục vụ nhiệt hạch). EAST đi vào vận hành từ năm 2006 tại Hợp Phì, tỉnh An Huy, đóng vai trò là nền tảng thử nghiệm cho các công nghệ sẽ được ứng dụng vào những lò phản ứng thế hệ tiếp theo.

Không xa EAST, chính phủ Trung Quốc đang xây dựng Tổ hợp Nghiên cứu Công nghệ Nhiệt hạch (CRAFT) rộng 40 héc-ta, nhằm phát triển các kỹ thuật then chốt cho những lò phản ứng trong tương lai. Kết quả từ EAST và CRAFT sẽ đóng góp vào thiết kế Lò phản ứng thử nghiệm công nghệ nhiệt hạch Trung Quốc (CFETR), được hình dung như cầu nối quan trọng giữa nhiệt hạch thử nghiệm và nhiệt hạch thương mại. Thiết kế kỹ thuật của CFETR đã hoàn tất từ năm 2020, với kế hoạch sử dụng nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao để mở rộng quy mô so với những gì EAST đã khởi đầu.

Giữ vật chất ở trạng thái plasma như trong lòng mặt trời là thách thức lớn

Trong khi đó, trên đảo Khoa học Dao Hồ tại Nam Xương, miền trung Trung Quốc, chính phủ đang chuẩn bị ra mắt Tinh Hỏa (Xinghuo). Đây là nhà máy điện kết hợp nhiệt hạch – phân hạch đầu tiên trên thế giới. Dự kiến sẽ hòa lưới vào năm 2030, lò phản ứng này sẽ sử dụng các neutron năng lượng cao từ phản ứng nhiệt hạch để kích hoạt phân hạch trong các vật liệu xung quanh, nhờ đó vừa tăng sản lượng năng lượng, vừa có thể giảm chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài (ND: Trong quá trình nhiệt hạch, các hạt neutron bị bắn ra giống như những viên đạn bắn vào các hạt nhân nguyên tử khác làm bắn ra các neutron khác gây hiệu ứng lan truyền. Trong quá trình phân hạch, các neutron khi bị bắn ra sẽ dính vào các hạt nhân nguyên tử khác và chấm dứt hiệu ứng lan truyền). Xinghuo đặt mục tiêu tạo ra 100 megawatt điện liên tục, đủ cung cấp cho khoảng 83.000 hộ gia đình Mỹ.

Vì sao Trung Quốc dồn lực cho nhiệt hạch?

Năng lượng nhiệt hạch phù hợp một cách hoàn hảo với ba ưu tiên hàng đầu của Trung Quốc: đảm bảo an ninh năng lượng trong nước, giảm phát thải carbon, và giành lợi thế trong công nghệ cao – một trụ cột trong “giấc mộng phục hưng vĩ đại” mà Chủ tịch Tập Cận Bình theo đuổi.

Jimmy Goodrich, cố vấn cấp cao về phân tích công nghệ tại Rand Corp, nhận định: “Nhiệt hạch là công nghệ năng lượng thế hệ tiếp theo. Ai làm chủ nó sẽ có lợi thế khổng lồ – về kinh tế, chiến lược và cả an ninh quốc gia”.

Sự phát triển kéo dài nhiều thập kỷ để thương mại hóa nhiệt hạch cũng rất phù hợp với cơ chế kinh tế – chính trị của Trung Quốc. Nhiệt hạch đòi hỏi nguồn vốn kiên nhẫn. Chính phủ Trung Quốc không phải chịu áp lực từ cử tri hay cổ đông, nên có thể bơm vốn cho nghiên cứu và phát triển và chờ đợi thành quả trong nhiều thập kỷ.

Trái lại, tại Mỹ, động lực nhiệt hạch đã chuyển từ các dự án do chính phủ tài trợ sang các công ty tư nhân như Commonwealth Fusion Systems, Helion và TAE Technologies. Những startup này đã thu hút hàng tỷ USD vốn đầu tư mạo hiểm, nhờ sự quan tâm của các tỷ phú công nghệ – những người kỳ vọng nhiệt hạch sẽ cung cấp năng lượng cho tương lai của trí tuệ nhân tạo và các trung tâm dữ liệu. Nhưng mô hình này tiềm ẩn rủi ro: nếu nhu cầu về trung tâm dữ liệu tiêu tốn nhiều điện năng chững lại hoặc thị trường thay đổi, dòng vốn có thể cạn kiệt nhanh chóng.

Goodrich nói: “Ngành nhiệt hạch trong tương lai có thể phụ thuộc vào mô hình đầu tư nào bền vững hơn. Nếu AI hay nhu cầu trung tâm dữ liệu chậm lại, các startup Mỹ có thể mất nguồn vốn. Ngược lại, các cơ sở nhiệt hạch Trung Quốc khó gặp nguy cơ này, vì họ có sự bảo trợ dài hạn của chính phủ, tránh được biến động thị trường”.

Nhân tài và sự dịch chuyển lực lượng khoa học

Phương trình nhân tài cũng đang thay đổi. Tháng 3 vừa qua, nhà vật lý plasma Trương Lưu (Chang Liu) rời Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton để gia nhập một chương trình nhiệt hạch tại Đại học Bắc Kinh – nơi ông từng theo học. Tại Princeton, ông đã đi tiên phong trong một phương pháp triển vọng nhằm giảm thiểu tác động của các electron tự do nguy hiểm trong plasma tokamak.

Goodrich cho rằng đây là một xu hướng rộng hơn: “Khi chính phủ Trung Quốc ưu tiên một lĩnh vực, dòng vốn và các chính sách khuyến khích sẽ nhanh chóng đổ về. Với những nhà khoa học và kỹ sư tên tuổi tại Mỹ hay châu Âu, cơ hội được hiện thực hóa ý tưởng và đưa vào ứng dụng thương mại ở Trung Quốc là sức hút mạnh mẽ”.

Bên trong một cơ sở nghiên cứu của Trung Quốc

Song song đó, Trung Quốc cũng đang tự đào tạo nhân lực. Các trường đại học và viện nghiên cứu tại Hợp Phì, Miên Dương và Nam Xương đang huấn luyện một thế hệ nhà vật lý và kỹ sư mới để dẫn dắt lĩnh vực nhiệt hạch. Trong vòng một thập kỷ tới, Trung Quốc có thể hình thành một lực lượng chuyên gia khổng lồ và tự chủ.

Tham vọng vượt NIF và hệ lụy quân sự

Quy mô và tham vọng trong nỗ lực nhiệt hạch của Trung Quốc thật khó bỏ qua. Các nhà phân tích cho rằng cơ sở tại Miên Dương có thể lớn hơn 50% so với NIF, vốn đã trở thành dự án nhiệt hạch đầu tiên đạt “cân bằng khoa học” vào năm 2022 – tạo ra 3,15 megajoule năng lượng từ đầu vào 2,05 megajoule.

Tác động quân sự cũng được lưu ý. Eveleth cho rằng trong khi dự án Miên Dương có thể phục vụ nghiên cứu năng lượng, nó cũng sẽ nâng cao năng lực mô phỏng thử nghiệm vũ khí hạt nhân của Trung Quốc. Evleth nhận định: “Dù là cơ sở sử dụng phương pháp laser fusion (sử dụng các chùm laser năng lượng cao để nén và làm nóng nhiên liệu) hay Z-pinch ( sử dụng dòng điện cực mạnh để tạo ra từ trường và nén plasma), thì đây cũng là bước nhảy lớn trong khả năng tiến hành các thử nghiệm vũ khí thu nhỏ và hiểu rõ hơn các vật liệu được sử dụng trong đầu đạn”.

Những cơ sở mới này nhiều khả năng sẽ vượt trội Mỹ trong một số hạng mục phát triển vũ khí. Trong khi Los Alamos và nhiều phòng thí nghiệm quốc gia của Mỹ đang xuống cấp, Trung Quốc lại xây mới từ đầu và trang bị công nghệ hiện đại nhất trong những công trình sáng choang.

Trung Quốc giữ nhịp, Mỹ phân tán

Mỹ vẫn dẫn đầu về tính sáng tạo khoa học và sự đa dạng trong các công ty khởi nghiệp, nhưng nỗ lực nhiệt hạch của Mỹ vẫn khá phân tán. Trong thời chính quyền Biden, Washington đầu tư khoảng 800 triệu USD/năm cho nghiên cứu nhiệt hạch. Trong khi đó, theo Bộ Năng lượng Mỹ, Trung Quốc đang rót vào tới 1,5 tỷ USD mỗi năm – và một số nhà phân tích tin rằng con số thực có thể gấp đôi.

Nhiệt hạch là một cuộc marathon, không phải chạy nước rút – và Trung Quốc đang kiên định cuộc chơi trường kỳ để về đích. Với chiến lược quốc gia phối hợp, nguồn vốn dồi dào và lực lượng nhân tài ngày càng mở rộng, Bắc Kinh không chỉ chạy theo năng lượng nhiệt hạch – họ đang đặt mình vào vị thế thống trị.

Goodrich nhận xét:“Đây là một thời khắc phục hưng cho năng lượng tiên tiến ở Trung Quốc”. Ông cảnh báo rằng nếu Mỹ không tăng tốc đầu tư công và hỗ trợ, họ có thể sớm phải nhìn về phía Đông khi nghĩ về tương lai của năng lượng nhiệt hạch.

Tokamak Trung Quốc giữ kỷ lục 1.066 giây

Tháng 1/2025, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) thông báo lò phản ứng tokamak thử nghiệm của họ đã vận hành thành công trong hơn 1.066 giây (17,7 phút) liên tục.

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức lớn để tạo ra một lò phản ứng nhiệt hạch khả thi, bao gồm: đạt tới mức nhiệt độ vượt quá 100 triệu độ C; duy trì vận hành ổn định lâu dài; đảm bảo kiểm soát chính xác quá trình hợp hạch hạt nhân.

Theo ông Tống Vân Đào, Phó Viện trưởng Viện Khoa học Vật lý Hợp Phì (thuộc CAS), để có thể duy trì lưu thông tự duy trì của plasma – trạng thái vật chất thứ tư – một thiết bị nhiệt hạch phải đạt được “vận hành ổn định với hiệu suất cao trong hàng nghìn giây”.

Bùi Tú

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/dot-pha-giup-trung-quoc-tang-toc-phat-trien-nang-luong-nhiet-hach-237358.html