Thế giới hiện đại ngày nay đang phụ thuộc vào năng lượng và sức mạnh hơn bao giờ hết. Nhưng điều gì có thể tạo ra đủ năng lượng bền vững để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng? Năng lượng thu được từ phản ứng tổng hợp hạt nhân chắc chắn là giải pháp cho cuộc khủng hoảng năng lượng trên trái đất này. Các nhiên liệu thô được sử dụng để tạo điều kiện cho phản ứng tổng hợp hạt nhân luôn sẵn có và phong phú trên khắp hành tinh. Hoàn toàn không có khí thải nhà kính và, khác với các thiết lập năng lượng hạt nhân mới nhất, không có chất thải phóng xạ để xử lý và không có nguy cơ các lò phản ứng không thể quản lý được và kéo theo một thảm họa ‘Chernobyl’ khác.
Vậy, phản ứng tổng hợp hạt nhân chính xác là gì? Quá trình này đòi hỏi các hạt nhân hợp nhất để tạo ra một hạt nhân nguyên tử mới lớn hơn. Khi các hạt nhân nguyên tử tiếp xúc với nhau, chúng sẽ tỏa ra một năng lượng cực lớn, mang đến một số hy vọng về một nguồn điện mới và bền vững trong tương lai sắp tới.
Nguyên tắc tổng hợp hạt nhân
Để có thể sử dụng nguyên lý phản ứng tổng hợp hạt nhân, trong đó nhiệt độ bề mặt xấp xỉ 6.000 độ C đạt được trên mặt trời và để sử dụng nó ở đây – trên Trái đất để tạo ra năng lượng, chúng ta cần tái tạo phản ứng của mặt trời. Công nghệ chân không đóng một vai trò quan trọng ở đây, vì mặt trời được bao quanh bởi chân không. Các công trình thí nghiệm lớn, được gọi là lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, được sử dụng để tái tạo các điều kiện năng lượng mặt trời ở đây – trên Trái đất. Lò phản ứng tổng hợp hạt nhân là một nhà máy kỹ thuật trong đó hạt nhân của các nguyên tử được hợp nhất với nhau một cách có kiểm soát trong một phản ứng nhiệt hạch. Mục đích của quá trình tổng hợp hạt nhân là tạo ra điện, vì một lượng năng lượng khổng lồ được giải phóng khi hạt nhân của các nguyên tử hợp nhất với nhau. Hiện nay có hai loại lò phản ứng phổ biến là Tokamak và Stellarator. Cả hai loại lò phản ứng về cơ bản hoạt động trên cùng một nguyên tắc. Các sai lệch nằm trong hình dạng và cách sắp xếp của các cuộn dây tạo ra từ trường. Cả hai loại đều liên quan đến việc đốt nóng hydro hoặc đồng vị hydro lên đến 150 triệu độ C. Để tạo ra nhiệt như vậy, plasma cần phải chuyển động tự do trong chân không, vì bất kỳ sự tiếp xúc nào với các hạt hoặc thành khác đều cho phép nhiệt thoát ra ngoài. Do đó, một từ trường có cường độ lên tới 10 Tesla thường được tạo ra với sự hỗ trợ của nam châm điện siêu dẫn. Plasma sau đó được làm nóng bằng phương pháp đốt nóng điện hoặc sóng điện từ để gây ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, trong trường hợp tốt nhất.
Hình ảnh lò phản ứng Tokamak
Chân không thực hiện những nhiệm vụ gì trong lò phản ứng nhiệt hạch?
Một trong những yêu cầu quan trọng để vận hành lò phản ứng nhiệt hạch là hệ thống chân không mạnh mẽ, đáng tin cậy và công suất lớn.
■ Cách ly plasma tự do khỏi thành: Điều cần thiết là ngăn chặn sự truyền nhiệt giữa plasma nóng lên đến 150 triệu độ và thành buồng. Nếu không, plasma sẽ nguội ngay lập tức và phản ứng nhiệt hạch sẽ bị phá vỡ.
■ Loại bỏ heli và các tạp chất: Sản phẩm thải ra từ helium và các hạt nhân từ vật liệu thành đóng vai trò là chất gây ô nhiễm trong quá trình này và do đó phải được loại bỏ khỏi plasma bằng phương pháp khử từ tính. Sau khi tách ra khỏi plasma, heli và hạt nhân nguội đi và được loại bỏ bởi các bơm chân không.
■ Cách nhiệt của bộ điều nhiệt: Trong nhiều thí nghiệm nhiệt hạch, các cuộn dây siêu dẫn được sử dụng để tạo ra từ trường. Các cuộn dây này được làm mát bằng helium lỏng. Ở đây cần có bơm chân không để tạo chân không cách nhiệt cần thiết.
Yêu cầu hệ thống chân không
Áp suất cuối cùng thấp (<1 · 10-8 hPa trong bình plasma; <1 · 10-5 hPa trong bộ điều nhiệt)
■ Bể chứa lò phản ứng nhiệt hạch phải được hút chân không đến áp suất cơ bản <1 · 10-8 hPa trước khi đưa khí của quá trình vào. Các khí của quá trình là hydro, đơteri hoặc triti. Tải khí phát triển trong quá trình vận hành thường được bơm bằng bơm turbo, mặc dù việc sử dụng bơm Cryo cũng đã được lên kế hoạch. Về nguyên tắc chung, tất cả các công nghệ bơm được sử dụng phải có tốc độ bơm cao đối với khí quá trình nhẹ.
■ Nhiều cảm biến khác nhau được sử dụng để đo tổng áp suất chân không. Ngoài đồng hồ đo chân không dẫn nhiệt (Pirani), đồng hồ đo cực âm lạnh được sử dụng phổ biến nhất. Loại thứ hai được sử dụng để phát hiện áp suất chân không cao và cực cao trong bể chứa.
■ Trong nhiều trường hợp, khối phổ kế tứ cực có độ phân giải cao được lắp đặt trong các lò phản ứng nhiệt hạch cho mục đích phân tích. Các dụng cụ này được sử dụng để phát hiện tỷ lệ giữa heli và đơteri.
Trong quá trình hoạt động, bơm turbo rất nhạy cảm với từ trường bên ngoài. Điều này là do dòng điện xoáy xảy ra trong từ trường. Những điều này khiến cánh quạt nhôm nóng lên đột ngột và thậm chí có thể phá hủy nó trong trường hợp xấu nhất. Hiệu ứng này đặc biệt gây ra bởi từ trường chạy theo phương ngang đến trục rôto.
Khả năng tương thích với tritium
■ Trong một số thí nghiệm nhiệt hạch, triti được sử dụng cùng với hydro. Các ứng dụng triti được phân loại theo nồng độ thấp, trung bình và cao, nhưng vật liệu cho các thành phần chân không thường được xác định rõ ràng. Chẳng hạn, không có chất đàn hồi nào được sử dụng. Và không được phép sử dụng vỏ bằng gang xám dùng cho bơm hỗ trợ vì các lý do liên quan đến độ kín.
■ Các yêu cầu liên quan đến độ kín của các bộ phận chân không đặc biệt cao trong trường hợp triti: Q <1 · 10-10 Pa m3/s. Nhưng ngay cả trong các nhà máy sử dụng hydro, toàn bộ bể chứa với tất cả các mặt bích và các phần tử kết nối phải được kiểm tra xem có rò rỉ hay không, ngoài việc kiểm tra các máy bơm và thiết bị đo.
Thích hợp sử dụng trong môi trường phóng xạ
Đối với tất cả các bộ phận chân không được sử dụng, nguyên tắc chung được áp dụng là thiết bị điện tử phải được lắp đặt cách máy bơm hoặc thiết bị đo thực tế một khoảng cách. Điều này là do các thiết bị điện tử kỹ thuật số hiện đại bị hư hỏng do phóng xạ. Lựa chọn duy nhất hiện có là tách thiết bị điều khiển và bộ khởi động (máy bơm, thiết bị đo lường, v.v.) với sự trợ giúp của dây cáp dài. Thông thường, các kết nối cáp làm bằng vật liệu không chứa halogen thường có chiều dài lên đến 100 m hoặc hơn.
Hoạt động trong các khu vực có cường độ từ trường cao
■ Cường độ từ trường cao (vài Tesla) cần thiết để vận hành lò phản ứng nhiệt hạch vẫn có thể đạt đến mức H> 100 mT tại vị trí lắp đặt các bộ phận chân không. Do đó, tất cả các bộ phận phải được cung cấp tấm chắn từ tính. Việc che chắn đặc biệt quan trọng trong trường hợp máy bơm turbo, để ngăn cản rôto bị nóng lên do dòng điện xoáy.
■ Điều ngược lại áp dụng cho vật liệu được sử dụng để sản xuất bể chứa chân không. Ở đây, yêu cầu độ từ thẩm cao nhất có thể. Điều này có nghĩa là các lớp từ trường cảm ứng bên ngoài không được chệch hướng và vật liệu không được đốt nóng bằng dòng điện xoáy.
Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và hỗ trợ tốt nhất về các sản phẩm; dịch vụ bơm chân không:
CÔNG TY CP HYESUNGTECH VIET NAM
VPGD: Số 3 Ngõ Viện Máy, tổ 21 Phường Mai Dịch, Quận Cầu Giấy, TP. Hà Nội
Miền Nam: 265 Tỉnh lộ 15, Ấp 1, xã Tân Thạnh Tây, Huyện Củ Chi, TP. HCM
Điện thoại: 0972.294.380 (Mr. Thiện) (Zalo; viber; mobi)
Email: thiennguyen@hyesungtech.com.vn
Website: https://vacuumservices.com.vn/