Thiết Bị FuZe: Đột Phá Trong Năng Lượng Nhiệt Hạch Đạt 37 Triệu Độ C

FuZe là một thiết bị tiết kiệm chi phí, hứa hẹn sẽ đáp ứng nhu cầu điện năng trong tương lai nhờ khả năng đạt nhiệt độ cực cao của năng lượng nhiệt hạch.

Mới đây, một công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch mang tên Zap Energy đã phát triển một thiết bị nhỏ gọn có khả năng đạt nhiệt độ plasma electron từ 11 đến 37 triệu độ C, tương đương với khoảng 1 – 3 keV, theo thông tin từ Interesting Engineering.

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

Trong suốt gần một thế kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu về phản ứng nhiệt hạch, nhưng chỉ có một số ít công nghệ đạt được nhiệt độ plasma vượt quá 15 triệu độ C, đó là nhiệt độ trung tâm của Mặt trời. Với xu hướng thế giới hiện nay đang tìm kiếm những giải pháp năng lượng sạch hơn, phản ứng nhiệt hạch được coi là một phương pháp tiềm năng để sản xuất năng lượng dồi dào. Quá trình đầu tiên trong việc này chính là sản xuất plasma, một trạng thái vật chất thứ tư mà trong đó các electron thoát khỏi cấu trúc nguyên tử và di chuyển tự do. Phản ứng hợp nhất nguyên tử này tiêu tốn năng lượng ít gấp khoảng 10 triệu lần so với năng lượng từ than đá. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là plasma nhiệt hạch chứa hai thành phần chính là hạt nhân và electron, có khối lượng chênh lệch lớn, dẫn đến việc chúng nóng lên và nguội đi với tốc độ khác nhau. Sự nguội đi nhanh chóng của electron có thể hạn chế khả năng gia tăng nhiệt độ của plasma, trở thành thách thức lớn trong việc phát triển lò phản ứng nhiệt hạch.

Dự án Advanced Research Projects Agency-Energy thuộc Bộ Năng lượng Mỹ đã tài trợ cho nghiên cứu về vấn đề này tại Đại học Washington. Từ những nghiên cứu này, Zap Energy được thành lập vào năm 2020, ứng dụng phương pháp kìm hãm plasma được gọi là Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch (FuZe) nhằm giữ cho các electron không bị nguội nhanh chóng. Cách thức của Zap Energy là tạo ra dòng electron thông qua những tia plasma mỏng, sinh ra trường điện từ có khả năng gia nhiệt plasma đồng thời nén nó lại. Tuy vậy, plasma vẫn chỉ tồn tại trong khoảng thời gian ngắn. Zap Energy đã tìm ra cách khắc phục giới hạn này thông qua phương pháp ổn định hóa dòng trượt.

Giờ đây, các nhà khoa học có thể đo được nhiệt độ riêng biệt của cả electron và hạt nhân trong plasma. Zap Energy hợp tác chặt chẽ với các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, San Diego (UCSD) nhằm xác định nhiệt độ của electron trong thiết bị FuZe.

Trong phương pháp tán xạ Thomson, nhóm nghiên cứu đã sử dụng những xung ánh sáng màu xanh lá cây để chiếu vào plasma. Họ tiến hành đo đạc sự phân tán của electron và nhiệt độ của chúng. Kết quả cho thấy rằng các electron trong plasma FuZe đạt đến nhiệt độ tương đương với hạt nhân, đồng thời plasma duy trì trạng thái cân bằng nhiệt tốt. Khác biệt với những công nghệ nhiệt hạch khác, FuZe không yêu cầu sử dụng nam châm siêu dẫn hay laser mạnh để tạo ra plasma, điều này giúp giảm thiểu chi phí đáng kể.

Nghiên cứu về thiết bị FuZe đã được công bố trên tạp chí uy tín Physical Review Letters. Nhóm nghiên cứu cũng đã khởi động một dự án mới mang tên Fuze-Q, với công suất năng lượng dự kiến gấp 10 lần so với FuZe, và có khả năng đạt được nhiệt độ còn cao hơn.