Từ khi thiết bị tokamak được các nhà khoa học Liên Xô đề xuất vào thập niên 1950, các quốc gia trên thế giới đã đầu tư mạnh mẽ vào lĩnh vực này. Tuy nhiên, sự phát triển gặp nhiều thách thức lớn do tính phức tạp của công nghệ. Mặt Trời nhân tạo không chỉ là biểu tượng của sự đổi mới mà còn mang lại hy vọng về một tương lai năng lượng bền vững cho toàn cầu. Đến năm 2006, Trung Quốc mới hoàn thành vòng thí nghiệm phóng điện vật lý đầu tiên trên thiết bị tokamak có mặt cắt ngang không tròn siêu dẫn hoàn toàn đầu tiên thế giới.
Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng ngày càng nghiêm trọng, nhân loại không ngừng tìm kiếm những giải pháp thay thế bền vững. Gần đây, các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được một thành tựu đáng kinh ngạc với thiết bị tổng hợp hạt nhân tokamak siêu dẫn hoàn toàn, thường được gọi là " Mặt Trời nhân tạo". Thiết bị này, tên gọi chính thức là EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), đã vận hành thành công và ổn định plasma ở chế độ giam giữ cao trong 403 giây. Kỷ lục thế giới mới này không chỉ khẳng định vị trí dẫn đầu của Trung Quốc trong lĩnh vực công nghệ tiên tiến, mà còn mở ra triển vọng mới cho việc giải quyết bài toán năng lượng toàn cầu.
EAST, phát triển bởi Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Khoa học Vật lý Hợp Phì, Trung Quốc, là một thiết bị thí nghiệm mô phỏng phản ứng tổng hợp hạt nhân bên trong Mặt Trời . Nguyên lý hoạt động của EAST dựa trên việc sử dụng hydro và deuterium – những nguồn nguyên liệu dồi dào – để tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân dưới nhiệt độ và áp suất cực cao. Quá trình này giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ, sạch và không gây ô nhiễm, đồng thời mang lại tiềm năng bền vững để thay thế các nguồn năng lượng truyền thống.
Từ khi thiết bị tokamak được các nhà khoa học Liên Xô đề xuất vào thập niên 1950, các quốc gia trên thế giới đã đầu tư mạnh mẽ vào lĩnh vực này. Tuy nhiên, sự phát triển gặp nhiều thách thức lớn do tính phức tạp của công nghệ. Đến năm 2006, Trung Quốc mới hoàn thành vòng thí nghiệm phóng điện vật lý đầu tiên trên thiết bị tokamak có mặt cắt ngang không tròn siêu dẫn hoàn toàn đầu tiên thế giới. Đây là cột mốc quan trọng đánh dấu Trung Quốc bước vào hàng ngũ các cường quốc trong lĩnh vực tổng hợp hạt nhân.
EAST không ngừng phá vỡ những giới hạn mới. Từ các thí nghiệm ban đầu đến năm 2017, thiết bị này đã đạt được thời gian phóng plasma kéo dài 101,2 giây ở trạng thái ổn định với nhiệt độ electron lên đến 50 triệu độ C. Thành tựu này một lần nữa được nâng tầm vào tháng 4 năm nay khi EAST vận hành plasma ở chế độ giam giữ cao trong 403 giây. Đây là một bước đột phá lớn, vượt xa kỷ lục thế giới trước đó hơn 4 lần.
Đằng sau thành tựu này là sự nỗ lực không ngừng nghỉ của các nhà khoa học Trung Quốc qua hơn 120.000 thí nghiệm. Những cải tiến vượt bậc trong kiểm soát plasma, sưởi ấm, xử lý tường thiết bị, và chẩn đoán tiên tiến đã giúp EAST hoạt động hiệu quả hơn. Hệ thống buồng chân không bên trong cũng được cải tiến đáng kể, đảm bảo khả năng vận hành ổn định của thiết bị trong các điều kiện khắc nghiệt.
Trong khu vực, Hàn Quốc cũng đạt được những thành tựu quan trọng trong lĩnh vực này. Cơ sở Nghiên cứu Tiên tiến Tokamak (KSTAR) siêu dẫn của Hàn Quốc đã vận hành plasma nhiệt độ cao ở mức 100 triệu độ C trong 30 giây vào năm 2021. Tuy nhiên, so với những gì EAST đạt được – plasma ở 120 triệu độ C trong 101 giây và 160 triệu độ C trong 20 giây – khoảng cách về công nghệ vẫn rất rõ ràng.
Ngoài thời gian và nhiệt độ, hiệu suất tổng thể của EAST còn vượt trội nhờ tích hợp hàng triệu thành phần công nghệ tiên tiến như nhiệt độ cực cao, nhiệt độ cực thấp, từ trường siêu mạnh, và dòng điện cực cao. Số lượng công nghệ cốt lõi và bằng sáng chế liên quan đến EAST cũng vượt xa các quốc gia khác, cung cấp một nền tảng vững chắc cho nghiên cứu tổng hợp hạt nhân của Trung Quốc.
Thành công của " Mặt Trời nhân tạo" không chỉ là một kỳ tích khoa học mà còn mang ý nghĩa to lớn trong việc giải quyết các vấn đề năng lượng toàn cầu. Với sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng truyền thống như than đá và dầu mỏ, việc phát triển các nguồn năng lượng sạch, hiệu quả và bền vững là yêu cầu cấp thiết. Phản ứng tổng hợp hạt nhân, với ưu điểm nguyên liệu dồi dào, không gây ô nhiễm và mật độ năng lượng cao, được xem là chìa khóa cho tương lai năng lượng của nhân loại.
Trong tương lai, Trung Quốc dự kiến sẽ đạt thêm nhiều đột phá trong lĩnh vực này. Lò phản ứng thử nghiệm kỹ thuật nhiệt hạch thế hệ tiếp theo đã hoàn tất thiết kế kỹ thuật và được kỳ vọng trở thành lò phản ứng trình diễn đầu tiên trên thế giới. Những tiến bộ này không chỉ đảm bảo an ninh năng lượng cho Trung Quốc mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững trên phạm vi toàn cầu.
Thành tựu của EAST không chỉ dừng lại ở giá trị khoa học mà còn góp phần nâng cao nhận thức cộng đồng về năng lượng sạch. Các chương trình phổ biến khoa học, từ hội thảo, triển lãm đến truyền thông trên mạng xã hội, sẽ giúp công chúng hiểu rõ hơn về nguyên lý và ứng dụng của phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Bên cạnh đó, thành công của " Mặt Trời nhân tạo" cũng là biểu tượng cho sức mạnh công nghệ và đổi mới của Trung Quốc, nâng cao niềm tự hào dân tộc và khích lệ các thế hệ trẻ tham gia vào lĩnh vực khoa học.
Với những bước tiến vượt bậc, Trung Quốc đã khẳng định vị trí hàng đầu trong lĩnh vực tổng hợp hạt nhân có kiểm soát. EAST không chỉ là biểu tượng của sự đổi mới mà còn mang lại hy vọng về một tương lai năng lượng bền vững cho toàn cầu. Trong cuộc chạy đua với thời gian để giải quyết khủng hoảng năng lượng, " Mặt Trời nhân tạo" là ánh sáng dẫn đường, không chỉ cho Trung Quốc mà còn cho cả thế giới.
