Các nhà khoa học Trung Quốc vừa đạt được một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch khi tạo ra được trạng thái plasma ổn định ở mật độ rất cao trên thiết bị EAST, còn được gọi là “mặt trời nhân tạo” của nước này. Thành tựu này giúp tháo gỡ một rào cản vật lý tồn tại suốt nhiều thập kỷ và đưa công nghệ nhiệt hạch tiến gần hơn tới ngưỡng “đánh lửa” – thời điểm phản ứng có thể tự duy trì mà không cần cấp thêm năng lượng từ bên ngoài. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances ngày 1/1/2026.
EAST, tên đầy đủ là Tokamak Siêu dẫn Tiên tiến Thử nghiệm, là một thiết bị nghiên cứu nhiệt hạch sử dụng từ trường cực mạnh để giam giữ plasma – trạng thái vật chất siêu nóng trong đó các nguyên tử bị tách thành ion và electron. Mục tiêu của tokamak là tạo ra điều kiện đủ nóng, đủ đậm đặc và đủ ổn định để các hạt nhân hydro có thể hợp nhất với nhau, giải phóng năng lượng giống như trong lõi Mặt Trời.
Trong nghiên cứu mới, nhóm do Giáo sư Ping Zhu và Phó giáo sư Ning Yan đồng chủ trì đã vận hành EAST theo một cách hoàn toàn khác. Thay vì chấp nhận các giới hạn mật độ plasma vốn được xem là “bất khả xâm phạm”, họ chứng minh rằng plasma vẫn có thể duy trì ổn định ngay cả khi mật độ vượt xa ngưỡng truyền thống. Trước đây, khi cố tăng mật độ quá cao, plasma thường trở nên hỗn loạn, mất ổn định và buộc thí nghiệm phải dừng lại đột ngột.
Mật độ plasma đóng vai trò then chốt trong phản ứng nhiệt hạch. Với phản ứng deuterium–tritium, loại phản ứng được xem là khả thi nhất để phát điện, nhiên liệu phải được nung nóng tới khoảng 150 triệu độ C. Ở mức nhiệt này, lượng năng lượng sinh ra tăng rất nhanh khi mật độ plasma tăng. Tuy nhiên, chính giới hạn mật độ đã khiến các tokamak trên thế giới khó đạt được hiệu suất đủ cao để tiến tới phát điện thực tế.
Đột phá của EAST dựa trên một cách hiểu mới về mối quan hệ giữa plasma và thành kim loại của lò phản ứng. Theo một lý thuyết gọi là “tự tổ chức plasma–thành lò”, nếu tương tác giữa plasma và thành lò được kiểm soát tốt ngay từ đầu, hệ thống có thể tự điều chỉnh để tránh các bất ổn nghiêm trọng. Điều này cho phép plasma đạt mật độ cao hơn mà vẫn giữ được trạng thái ổn định.
Trong các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu kiểm soát chặt chẽ lượng khí nhiên liệu ban đầu và áp dụng gia nhiệt ngay từ giai đoạn khởi động plasma. Cách làm này giúp giảm sự tích tụ tạp chất và hạn chế thất thoát năng lượng. Nhờ đó, mật độ plasma tăng dần và cuối cùng vượt qua các giới hạn quen thuộc mà tokamak trước đây không thể vượt qua.
Theo các nhà khoa học, kết quả này mở ra một con đường khả thi để giải quyết “bài toán mật độ” trong lò nhiệt hạch. Khi kết hợp với những tiến bộ khác về nhiệt độ và thời gian giam giữ plasma, đột phá này có thể giúp các thiết bị tokamak tiến gần hơn tới mục tiêu đánh lửa nhiệt hạch – cột mốc quyết định để biến nhiệt hạch từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm thành nguồn năng lượng thực tế.
Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu dự định áp dụng phương pháp này vào các chế độ vận hành hiệu suất cao hơn trên EAST, với kỳ vọng đạt được plasma vừa ổn định, vừa đậm đặc, vừa sinh ra nhiều năng lượng hơn nữa.
Lò phản ứng EAST của Trung Quốc vừa phá vỡ một giới hạn cơ bản của nhiệt hạch, đưa giấc mơ đánh lửa tiến thêm một bước dài. Ảnh: Shutterstock
