Nam châm siêu dẫn 582 tấn của Trung Quốc: Cột mốc 'Mặt trời nhân tạo' và cuộc đua năng lượng nhiệt hạch

Thông số kỹ thuật của nam châm siêu dẫn 582 tấn

Nam châm hình xuyến (toroidal-field coil) hình chữ D là nam châm đơn lẻ lớn nhất và mạnh nhất từng được chế tạo cho một thiết bị nhiệt hạch. Các thông số chính bao gồm:

• Trọng lượng: 582 tấn
• Kích thước: Dài 21 mét, rộng 12 mét, cao 3,3 mét
• Dòng điện: Duy trì dòng điện ổn định 60 kiloampe trong quá trình thử nghiệm
• Năng lượng dự trữ: 6,03 megajoules trên mỗi cuộn dây trong quá trình thử nghiệm
• Cường độ từ trường: Khoảng 6,5 tesla — mạnh gấp khoảng 2 đến 4 lần máy MRI bệnh viện
• Giam plasma: Được thiết kế để giam plasma được đốt nóng đến hơn 100 triệu °C — nóng gấp khoảng 6 lần lõi Mặt trời
• Tuổi thọ: Được thiết kế cho khoảng 40.000 xung plasma

Mười sáu cuộn dây hình chữ D này cuối cùng sẽ được lắp ráp cùng nhau để tạo thành từ trường hình xuyến cho lò phản ứng BEST .

So sánh với ITER

Nam châm TF của Trung Quốc vượt trội so với nam châm tương đương của ITER (Lò phản ứng Thí nghiệm Nhiệt hạch Quốc tế) ở hai điểm chính:

• Thể tích: Lớn hơn 1,3 lần thể tích nam châm TF của ITER
• Năng lượng dự trữ: Nhiều hơn gấp khoảng 3 lần năng lượng dự trữ của nam châm tương đương ITER

Tuy nhiên, ITER vẫn là một cỗ máy lớn hơn nhiều về tổng thể (bán kính chính ~6,2 mét so với 3,6 mét của BEST) . BEST không phải là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với ITER. Nó được thiết kế để trở thành tokamak deuterium-tritium vận hành lớn nhất thế giới trước ITER, đóng vai trò cầu nối giữa tokamak EAST hiện tại của Trung Quốc và Lò phản ứng Thử nghiệm Kỹ thuật Nhiệt hạch Trung Quốc (CFETR) lớn hơn nhiều .

Một thành phần quan trọng khác: Solenoid trung tâm

Cùng với nam châm TF, một cuộn solenoid trung tâm (CS) mô hình cũng đã vượt qua các thử nghiệm cuối cùng trong khuôn khổ chương trình CRAFT . Tổ hợp này bao gồm cả nam châm từ trường hình xuyến và cuộn solenoid trung tâm . Solenoid trung tâm hoạt động như 'bộ đánh lửa' của tokamak — nó rất quan trọng để tạo ra và duy trì dòng plasma . Các nhà nghiên cứu tại ASIPP tuyên bố rằng solenoid trung tâm "trực tiếp quyết định liệu thiết bị nhiệt hạch của chúng ta có thể khởi động và duy trì hoạt động hay không" .

Sáu năm phát triển nội địa

Cả hai nam châm được phát triển trong khuôn khổ dự án CRAFT (Cơ sở Nghiên cứu Toàn diện về Công nghệ Nhiệt hạch), một cơ sở khoa học trọng điểm quốc gia tại Hợp Phì . Chi tiết chính:

• Thời gian phát triển kéo dài khoảng 6 năm
• Các nam châm sử dụng vật liệu siêu dẫn, thiết kế cấu trúc và quy trình sản xuất hoàn toàn trong nước — với tất cả các công nghệ cốt lõi đạt 100% sản xuất nội địa
• Cơ sở CRAFT được xây dựng đặc biệt để phát triển và thử nghiệm các bộ phận lò phản ứng nhiệt hạch kích thước thật trước khi lắp đặt vào BEST

Lộ trình: Lò phản ứng BEST và mục tiêu phát điện nhiệt hạch

Trung Quốc đã đặt ra một lộ trình đầy tham vọng cho chương trình nhiệt hạch của mình:

• Xây dựng lò phản ứng BEST: Bắt đầu từ ngày 30/6/2023, dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2027
• Plasma đầu tiên: Dự kiến vào cuối năm 2027
• Phát điện nhiệt hạch đầu tiên: Trung Quốc đặt mục tiêu chứng minh khả năng phát điện từ nhiệt hạch — thường được mô tả là thắp sáng 'ngọn đèn chạy bằng năng lượng nhiệt hạch đầu tiên' — vào khoảng năm 2030
• Sau BEST: CFETR (Lò phản ứng Thử nghiệm Kỹ thuật Nhiệt hạch Trung Quốc, còn được gọi là CFEDR) lớn hơn dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào khoảng năm 2030, với các nhà máy điện nhiệt hạch thương mại hòa vào lưới điện quốc gia được nhắm tới trong những thập kỷ sau đó

Theo tờ The Economist, lộ trình này đưa Trung Quốc đi trước khoảng một thập kỷ so với các quốc gia khác trong cuộc đua theo đuổi năng lượng nhiệt hạch .