Khám Phá Công Nghệ Năng Lượng Nhiệt Hạch Mới Với FuZe

FuZe là thiết bị sản xuất điện nhiệt hạch nhỏ gọn và hiệu quả, hứa hẹn đáp ứng nhu cầu năng lượng trong tương lai.

Công ty khởi nghiệp Zap Energy từ Mỹ đã phát triển một thiết bị có khả năng tạo ra plasma đạt nhiệt độ lên tới 37 triệu độ C, tương đương với khoảng 1 – 3 keV. Thông tin này được Interesting Engineering công bố vào ngày 23 tháng 4.

Chớp sáng từ plasma của thiết bị FuZe. (Ảnh: Zap Energy).

Trong suốt gần 100 năm qua, nghiên cứu về phản ứng nhiệt hạch đã chứng minh rằng rất ít công nghệ có thể đạt được nhiệt độ plasma trên 15 triệu độ C, mức nhiệt ở lõi Mặt Trời. Khi thế giới đang tìm kiếm nguồn năng lượng sạch để thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng, phản ứng nhiệt hạch được coi là một giải pháp khả thi để tạo ra lượng lớn điện. Quá trình đầu tiên cần thiết là tạo plasma, trạng thái vật chất thứ tư nơi mà các electron không được giữ chặt trong nguyên tử mà tự do tồn tại. Việc hợp nhất nguyên tử sẽ giải phóng năng lượng gấp 10 triệu lần so với năng lượng từ than đá. Tuy nhiên, plasma nhiệt hạch gặp khó khăn do hiện tượng tách biệt giữa hai thành phần của nó (hạt nhân và electron) dẫn đến tốc độ nóng và nguội khác nhau. Điều này khiến cho các electron nguội đi nhanh chóng, ảnh hưởng tới khả năng phát triển lò phản ứng nhiệt hạch.

Chương trình Nghiên cứu Dự án Năng lượng Tiên tiến do Bộ Năng lượng Mỹ tài trợ đã hỗ trợ các nghiên cứu tại Đại học Washington, dẫn đến sự ra đời của Zap Energy vào năm 2020. Họ đã áp dụng một phương pháp gọi là Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch (FuZe) nhằm giữ cho các electron không nguội đi quá nhanh. Hệ thống của Zap Energy cho phép dòng electron chạy qua những sợi plasma nhỏ, tạo ra trường điện từ để làm nóng và đè nén plasma. Tuy vậy, thử thách lớn là plasma chỉ tồn tại một thời gian ngắn. Zap Energy đã tìm ra cách giải quyết vấn đề này thông qua quá trình ổn định hóa dòng trượt.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã có thể đo nhiệt độ của từng thành phần trong plasma. Họ đã hợp tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, San Diego (UCSD) để khảo sát nhiệt độ của electron từ FuZe.

Trong phương pháp tán xạ Thomson, nhóm nghiên cứu đã sử dụng những xung ánh sáng xanh lá để bắn vào plasma và đo độ phân tán của electron. Kết quả cho thấy rằng các electron trong plasma FuZe có nhiệt độ tương đương với hạt nhân, giúp duy trì sự cân bằng nhiệt một cách hiệu quả. Điều đáng chú ý là, khác với nhiều công nghệ nhiệt hạch hiện tại, FuZe không yêu cầu sử dụng nam châm siêu dẫn hay laser mạnh mẽ để tạo plasma, giúp giảm thiểu chi phí sản xuất.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, và nhóm nghiên cứu đã bắt tay vào một dự án tiếp theo mang tên Fuze-Q, dự kiến sẽ có công suất điện lớn gấp 10 lần so với FuZe và có thể đạt nhiệt độ cao hơn nhiều.