Thiết bị sản xuất điện nhiệt hạch đạt nhiệt độ 37 triệu độ C

FuZe là thiết bị nhỏ giá rẻ có thể đạt nhiệt độ năng lượng nhiệt hạch nhanh chóng và đáp ứng nhu cầu điện của con người trong tương lai.

Một thiết bị nhỏ gọn chế tạo bởi công ty khởi nghiệp năng lượng nhiệt hạch Zap Energy ở Mỹ đạt nhiệt độ plasma electron vào khoảng 1 - 3 keV, tương đương 11 - 37 triệu độ C, Interesting Engineering hôm 23/4 đưa tin.

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

Trong gần một thế kỷ con người nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch, chỉ có vài công nghệ đạt được nhiệt độ plasma trên 15 triệu độ C, nhiệt độ ở lõi Mặt trời. Trong khi thế giới tìm kiếm giải pháp sạch hơn để đáp ứng nhu cầu năng lượng, phản ứng nhiệt hạch được xem như một cách khả thi để tạo ra lượng lớn năng lượng. Bước đầu tiên trong quá trình là sản xuất plasma, trạng thái vật chất thứ tư trong đó electron không duy trì trạng thái nguyên tử mà trôi nổi tự do. Quá trình hợp nhất nguyên tử giải phóng năng lượng nhiều gấp 10 triệu lần so với than đá. Tuy nhiên, do plasma nhiệt hạch bao gồm hai thành phần (hạt nhân và electron) chênh lệch đáng kể về khối lượng, chúng nóng lên và nguội đi ở tốc độ khác nhau. Electron nguội nhanh có thể hạn chế sự nóng lên của plasma, tạo thành trở ngại trong phát triển lò phản ứng nhiệt hạch.

Dự án Advanced Research Projects Agency-Energy của Bộ Năng lượng Mỹ cấp kinh phí cho nghiên cứu về vấn đề này ở Đại học Washington. Từ nghiên cứu này, Zap Energy được thành lập vào năm 2020, sử dụng ý tưởng kìm hãm plasma gọi là Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch (FuZe) để đảm bảo electron không nguội nhanh chóng. Theo phương pháp của họ, dòng electron truyền qua những sợi plasma mỏng, tạo ra trường điện từ làm nóng plasma trong khi đè nén nó. Tuy nhiên, vấn đề ở phương pháp trên là plasma chỉ tồn tại trong thời gian ngắn. Zap Energy giải quyết hạn chế bằng quá trình mang tên ổn định hóa dòng trượt.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu có thể đo nhiệt độ riêng biệt của hạt nhân và electron trong plasma. Zap Energy hợp tác với các nhà nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, San Diego (UCSD) để đo nhiệt độ của electron từ FuZe.

Trong phương pháp tán xạ Thomson, nhóm nghiên cứu bắn cực nhanh những xung ánh sáng màu xanh lá cây vào plasma. Họ đo sự phân tán của electron và nhiệt độ của chúng. Kết quả đo xác nhận electron trong plasma FuZe nóng như hạt nhân và plasma duy trì sự cân bằng nhiệt lành mạnh. Không giống những công nghệ nhiệt hạch khác, FuZe không cần nam châm siêu dẫn hay laser cực mạnh để tạo ra plasma nên rất hiệu quả về mặt chi phí.

Nghiên cứu về FuZe được công bố trên tạp chí Physical Review Letters. Nhóm nghiên cứu đã bắt tay vào dự án tiếp theo là Fuze-Q với công suất năng lượng lớn gấp 10 lần FuZe và có thể đạt nhiệt độ cao hơn nhiều.