Lò tokamak siêu dẫn tiên tiến thử nghiệm (EAST) ở Hợp Phì, tỉnh An Huy, Trung Quốc. Ảnh: Xinhua
Mỹ và châu Âu từng là những nhà tài trợ công lớn nhất cho nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch và tập trung nhiều nỗ lực tiên phong trong lĩnh vực này. Phương Tây đã phát triển nhiều công nghệ cơ bản để biến sản xuất năng lượng nhiệt hạch thành hiện thực. Tuy nhiên, trong 5 năm qua, sự hỗ trợ của chính phủ Trung Quốc đối với ngành năng lượng nhiệt hạch tăng mạnh, có thể đưa nước này vươn lên thống trị ngành công nghiệp. So với Trung Quốc, Mỹ và châu Âu chưa hỗ trợ đầy đủ cho các ngành công nghiệp liên quan tới sản xuất năng lượng nhiệt hạch như xử lý màng mỏng và điện tử công suất.
Công nghệ nhiệt hạch hiện nay chủ yếu sử dụng lò tokamak, dựa vào từ trường để giam giữ khí ion hóa gọi là plasma và hợp nhất hạt nhân, giải phóng năng lượng khổng lồ. Trung Quốc đang dẫn đầu về xử lý màng mỏng, cấu trúc hợp kim kim loại lớn và điện tử công suất, cung cấp nền tảng vững chắc để thiết lập chuỗi cung ứng thượng nguồn cho ngành nhiệt hạch.
Tầm quan trọng của xử lý màng mỏng thể hiện rõ trong hệ thống giam giữ plasma. Lò tokamak sử dụng nam châm điện mạnh để giữ plasma tại chỗ và các cuộn từ được làm từ vật liệu siêu dẫn. Chất siêu dẫn oxit đồng bari đất hiếm (REBCO) là vật liệu có hiệu suất cao nhất có sẵn với số lượng đủ để sử dụng trong sản xuất năng lượng nhiệt hạch. Trong khi phương Tây không có sự chú ý và đầu tư đáng kể về mảng này, Trung Quốc có vị thế tốt để thống trị xử lý màng mỏng REBCO cho nam châm nhiệt hạch.
Nam châm điện trong lò tokamak kích thước lớn có thể cao bằng tòa nhà 3 tầng. Cấu trúc làm bằng hợp kim kim loại mạnh rất cần thiết để giữ các nam châm điện này xung quanh buồng chân không lớn chứa plasma. Nhà máy nhiệt hạch cần hợp kim có khả năng chịu bức xạ, nhiệt độ cực thấp và chống ăn mòn. Sản lượng và nỗ lực nghiên cứu luyện kim của Trung Quốc có thể giúp họ vượt qua nhiều nhà cung cấp toàn cầu khác trong chế tạo hợp kim kim loại đặc biệt và gia công chúng thành bộ phận phức tạp cần thiết để tạo ra năng lượng nhiệt hạch.
Lò tokamak cũng đòi hỏi điện tử công suất quy mô lớn. Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm. Hệ thống tương tự được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp đường sắt cao tốc (HSR), lưới điện vi mô tái tạo và lò hồ quang. Tính đến năm 2024, Trung Quốc đã triển khai hơn 48.000 km đường sắt cao tốc, gấp 3 lần chiều dài mạng lưới HSR của châu Âu và gấp 55 lần chiều dài mạng lưới tàu Acela ở Mỹ.
Phương Tây vẫn có cơ hội dẫn đầu 3 ngành công nghiệp liên quan khác đóng vai trò quan trọng đối với chuỗi cung ứng nhiệt hạch là nhà máy làm lạnh sâu, xử lý nhiên liệu và lớp phủ. Nam châm điện trong lò tokamak cần giữ ở nhiệt độ cực thấp khoảng -253 độ C để duy trì siêu dẫn.
Sản xuất nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch đòi hỏi công nghệ xử lý khí đồng vị nhẹ hydro, deuterium và tritium. Một số hoạt động xử lý khí đồng vị nhẹ đã được tiến hành ở quy mô nhỏ trong y học, sản xuất vũ khí và nghiên cứu khoa học ở Mỹ, châu Âu và Trung Quốc.
Lớp phủ và quản lý dòng nhiệt cũng là cơ hội cho phương Tây phát triển. Lớp phủ là phương tiện được sử dụng để hấp thụ năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch. Sản xuất lớp phủ quy mô thương mại sẽ đòi hỏi công nghệ hoàn toàn mới. Là nhà sản xuất beryllium lớn nhất thế giới, Mỹ có cơ hội giành vị trí đi đầu vì nguyên tố này là vật liệu chủ chốt trong thiết kế lớp phủ dùng cho lò nhiệt hạch.
An Khang (Theo MIT Technology Review, Times of India)
