Thiết bị có thể cung cấp điện nhiệt hạch cho lưới điện

Công ty khởi nghiệp Zap Energy tại Everett, Washington, đang phát triển thiết bị Z-pinch để sản xuất điện bằng phản ứng nhiệt hạch cho lưới điện.

Theo Ben Levitt, phó chủ tịch công ty Zap Energy, thiết bị Z-pinch của họ có tên FuZE (Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch). Đây là một ống dài có thiết kế đơn giản hơn so với một số thiết bị của các đối thủ cạnh tranh như công nghệ nhiệt hạch dạng xoắn của Helion, theo Business Insider. "Z-pinch là thiết kế đầu tiên được nghiên cứu nhằm kiểm soát plasma để đạt điều kiện nhiệt hạch. Đây cũng là cấu hình đầu tiên mà bất kỳ nghiên cứu sinh cao học nào tìm hiểu bởi nó là dạng đơn giản nhất", Levitt giải thích.

Mô phỏng thiết bị Z-pinch của Zap Energy. (Ảnh: Zap Energy).

Để hệ thống hoạt động, khí gas được bơm vào cỗ máy. Một luồng điện biến khí gas thành plasma. Sau đó, điện cực tạo ra lực từ kìm giữ plasma. Plasma là trạng thái vật chất tồn tại trên các ngôi sao. Để phản ứng nhiệt hạch xảy ra, trong đó hạt nhân nguyên tử hợp nhất và giải phóng năng lượng khổng lồ, plasma cần nóng và đặc trong thời gian đủ lâu. Vấn đề chính là tính kém ổn định của plasma có thể cản trở điều kiện nhiệt hạch.

Nhằm tránh vấn đề đó, giới nghiên cứu bỏ qua thiết bị Z-pinch vào thế kỷ 20 và chuyển sang các loại lò phản ứng khác như tokamak. Nhưng vào thập niên 1990, Uri Shumlak, giám đốc khoa học kiêm nhà sáng lập Zap Energy, bắt đầu xem xét thiết bị Z-pinch một lần nữa. Ông cho rằng điều khiển plasma chảy thành nhiều lớp ở tốc độ khác nhau có thể xóa sổ tình trạng kém ổn định, cho phép duy trì plasma ở điều kiện phù hợp để phản ứng nhiệt hạch xảy ra và thu được năng lượng thuần (năng lượng thu được từ phản ứng lớn hơn so với mức tiêu hao).

Theo Levitt, hiện nay, Zap Energy có thể chạy cỗ máy khoảng 100 lần một ngày, tạo điều kiện cho các nhà nghiên cứu kiểm tra những cấu hình khác nhau của thiết bị Z-pinch. Bên cạnh cỗ máy Z-pinch trong nhà kho của công ty là dàn dây điện lớn bao quanh bởi hàng rào mắt cáo. Chúng cung cấp năng lượng để tạo ra plasma. Một xung điện có thể sản sinh plasma kéo dài khoảng 100 micro giây.

Để sản xuất điện, Zap Energy dự định sử dụng tritium, có chi phí khoảng 30.000 USD/gram vào năm 2022. Tuy không thể kiểm soát chi phí tritium, Zap Energy có thể tiết kiệm ở các mặt khác. Ví dụ, phương pháp của họ kìm giữ và kiểm soát plasma bằng từ trường tự chế. Điều đó có nghĩa thiết bị không phụ thuộc vào nam châm siêu dẫn đắt đỏ như lò phản ứng mới ở Nhật Bản với chi phí chế tạo lên tới 600 triệu USD.

Hiện nay, Zap Energy đang phát triển hệ thống điện của riêng họ để sạc, lưu trữ và cung cấp năng lượng cần thiết. Các thiết bị này có thể đặt quanh thiết bị Z-pinch trong 6 - 8 thùng lớn cỡ container chở hàng. Cột mốc đầu tiên mà công ty hướng tới là đạt điểm cân bằng năng lượng, sau đó sản xuất nhiều năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch gấp 10 - 20 lần mức tiêu hao.