Công trường xây dựng ITER, lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thử nghiệm đang được xây dựng ở miền Nam nước Pháp, vừa có bước tiến thực sự khi tiếp nhận một cấu trúc hỗ trợ khổng lồ, nơi sẽ sớm chứa một trong những bộ phận quan trọng nhất của máy.
Hoạt động của tokamak như ITER phần lớn dựa vào việc tạo ra plasma, chất nền tích điện được nung nóng đến nhiệt độ hơn 100 triệu độ, nơi diễn ra phản ứng tổng hợp hạt nhân. Để làm cho nó xuất hiện, trước tiên cần phải đưa một lượng năng lượng cực lớn vào hỗn hợp khí tritium và deuterium. Thách thức đặt ra là phải giữ plasma này ở khoảng cách đủ xa so với thành lò phản ứng, nhưng trên hết là phải ổn định nó, nếu không phản ứng không thể vượt qua "ngưỡng đánh lửa" nổi tiếng cho phép nó tự duy trì.
Nhưng việc lắp đặt kỳ quan kỹ thuật này không hề đơn giản. Trên thực tế, nó bao gồm sáu mô-đun, mỗi mô-đun nặng 121 tấn và toàn bộ cấu trúc phải được định vị với biên độ sai số chỉ vài milimét! Để đảm bảo nó thực hiện vai trò của mình một cách hoàn hảo, cần phải bắt đầu bằng việc xây dựng một cấu trúc hỗ trợ khổng lồ, một dạng giàn giáo công nghệ cao gồm hàng nghìn chi tiết có khả năng chịu được những hạn chế to lớn mà không được dịch chuyển một inch nào. Một thách thức kỹ thuật to lớn.
"Vai trò chính của cấu trúc này là giữ sáu mô-đun điện từ trung tâm ở đúng vị trí với dung sai nghiêm ngặt, theo thứ tự của một milimét," Kevin Freudenberg, giám đốc kỹ thuật kỹ thuật của ITER tại Hoa Kỳ giải thích. “Thách thức thực sự sau đó nảy sinh trong quá trình vận hành. Vào những thời điểm quan trọng, lực thẳng đứng tác dụng lên chồng mô-đun có thể đạt tới 60 meganewton, gấp đôi lực tạo ra bởi một tên lửa khi cất cánh.»
Đây là một cột mốc rất quan trọng trong lịch sử của lò phản ứng. Trên thực tế, điều này có nghĩa là cụm solenoid trung tâm sẽ sớm được hoàn thành. Bốn mô-đun đầu tiên hiện đã được lắp đặt và hai mô-đun cuối cùng sẽ được xếp chồng vào cuối năm, sau khi các thành phần mới nhận được cuối cùng của khung đã được lắp ráp và thử nghiệm nghiêm ngặt.
Nhưng điều này không có nghĩa là các kỹ sư và công nhân cuối cùng đã sự kết thúc của những rắc rối của họ, còn lâu mới như vậy. Bước tiến lớn tiếp theo sẽ là tích hợp con quái vật kim loại này vào cấu trúc của tokamak. Điều này đòi hỏi phải kết nối ống điện từ với các nam châm siêu dẫn ngoại vi khác, sau đó đảm bảo rằng cụm lắp ráp được căn chỉnh hoàn hảo để các plasma đầu tiên ổn định nhất có thể. Tiếp theo, các thành phần cấu trúc và thiết bị còn lại dùng để giới hạn plasma sẽ cần được lắp đặt, bắt đầu từ chính buồng chân không.
Một số giai đoạn xây dựng thú vị nhất hiện đang bắt đầu xuất hiện và sẽ rất hấp dẫn khi theo dõi tiến trình của nỗ lực kỹ thuật độc đáo này. Chúng ta hãy hy vọng rằng các bước tiếp theo sẽ diễn ra theo trình tự đều đặn, trong bối cảnh mà các nhà lãnh đạo dự án gần đây đã buộc phải hoãn ngày tạo ra plasma đầu tiên.
Phản ứng nhiệt hạch: trong tình hình hỗn loạn, dự án ITER thay đổi lộ trình
Hoạt động của tokamak như ITER phần lớn dựa vào việc tạo ra plasma, chất nền tích điện được nung nóng đến nhiệt độ hơn 100 triệu độ, nơi diễn ra phản ứng tổng hợp hạt nhân. Để làm cho nó xuất hiện, trước tiên cần phải đưa một lượng năng lượng cực lớn vào hỗn hợp khí tritium và deuterium. Thách thức đặt ra là phải giữ plasma này ở khoảng cách đủ xa so với thành lò phản ứng, nhưng trên hết là phải ổn định nó, nếu không phản ứng không thể vượt qua "ngưỡng đánh lửa" nổi tiếng cho phép nó tự duy trì.
Ống solenoid trung tâm, xương sống của lò phản ứng
Để đạt được điều này, các kỹ sư dựa vào các cuộn dây siêu dẫn khổng lồ nặng hàng trăm tấn, tạo ra từ trường cực mạnh. Hầu hết các nam châm này đều được bố trí xung quanh buồng, ngoại trừ một nam châm: ống solenoid trung tâm khổng lồ được đặt ở giữa hình tròn, sẽ trở thành nam châm siêu dẫn mạnh nhất hành tinh. Người sau sẽ chịu trách nhiệm thực hiện một nhiệm vụ vô cùng quan trọng: tạo ra dòng điện trong plasma. Dòng hạt tích điện này có vai trò vô cùng quan trọng. Nó tham gia tích cực vào quá trình tăng nhiệt độ và cũng đóng vai trò quyết định trong việc ổn định phản ứng. Do đó, đây là một trong những bộ phận quan trọng nhất của lò phản ứng.
Nhưng việc lắp đặt kỳ quan kỹ thuật này không hề đơn giản. Trên thực tế, nó bao gồm sáu mô-đun, mỗi mô-đun nặng 121 tấn và toàn bộ cấu trúc phải được định vị với biên độ sai số chỉ vài milimét! Để đảm bảo nó thực hiện vai trò của mình một cách hoàn hảo, cần phải bắt đầu bằng việc xây dựng một cấu trúc hỗ trợ khổng lồ, một dạng giàn giáo công nghệ cao gồm hàng nghìn chi tiết có khả năng chịu được những hạn chế to lớn mà không được dịch chuyển một inch nào. Một thách thức kỹ thuật to lớn.
"Vai trò chính của cấu trúc này là giữ sáu mô-đun điện từ trung tâm ở đúng vị trí với dung sai nghiêm ngặt, theo thứ tự của một milimét," Kevin Freudenberg, giám đốc kỹ thuật kỹ thuật của ITER tại Hoa Kỳ giải thích. “Thách thức thực sự sau đó nảy sinh trong quá trình vận hành. Vào những thời điểm quan trọng, lực thẳng đứng tác dụng lên chồng mô-đun có thể đạt tới 60 meganewton, gấp đôi lực tạo ra bởi một tên lửa khi cất cánh.»
Giai đoạn xây dựng quan trọng
Tám công ty Mỹ chuyên về kỹ thuật kết cấu và sản xuất có độ chính xác cao đã hợp tác chặt chẽ trong gần mười năm để thiết kế và xây dựng công trình khổng lồ này. Bước quan trọng này cuối cùng đã hoàn thành: trong một thông cáo báo chí, tập đoàn ITER thông báo rằng các thành phần cuối cùng của chiếc lồng khổng lồ này cuối cùng đã được chuyển đến công trường xây dựng Cadarache.Đây là một cột mốc rất quan trọng trong lịch sử của lò phản ứng. Trên thực tế, điều này có nghĩa là cụm solenoid trung tâm sẽ sớm được hoàn thành. Bốn mô-đun đầu tiên hiện đã được lắp đặt và hai mô-đun cuối cùng sẽ được xếp chồng vào cuối năm, sau khi các thành phần mới nhận được cuối cùng của khung đã được lắp ráp và thử nghiệm nghiêm ngặt.
Nhưng điều này không có nghĩa là các kỹ sư và công nhân cuối cùng đã sự kết thúc của những rắc rối của họ, còn lâu mới như vậy. Bước tiến lớn tiếp theo sẽ là tích hợp con quái vật kim loại này vào cấu trúc của tokamak. Điều này đòi hỏi phải kết nối ống điện từ với các nam châm siêu dẫn ngoại vi khác, sau đó đảm bảo rằng cụm lắp ráp được căn chỉnh hoàn hảo để các plasma đầu tiên ổn định nhất có thể. Tiếp theo, các thành phần cấu trúc và thiết bị còn lại dùng để giới hạn plasma sẽ cần được lắp đặt, bắt đầu từ chính buồng chân không.
Một số giai đoạn xây dựng thú vị nhất hiện đang bắt đầu xuất hiện và sẽ rất hấp dẫn khi theo dõi tiến trình của nỗ lực kỹ thuật độc đáo này. Chúng ta hãy hy vọng rằng các bước tiếp theo sẽ diễn ra theo trình tự đều đặn, trong bối cảnh mà các nhà lãnh đạo dự án gần đây đã buộc phải hoãn ngày tạo ra plasma đầu tiên.
Phản ứng nhiệt hạch: trong tình hình hỗn loạn, dự án ITER thay đổi lộ trình
