Thiết Bị FuZe: Đột Phá Mới Trong Năng Lượng Nhiệt Hạch

Thiết bị FuZe đang mở ra những khả năng mới cho sản xuất năng lượng nhiệt hạch với mức nhiệt độ đạt đến 37 triệu độ C.

Công ty Zap Energy, một hãng khởi nghiệp nổi bật tại Mỹ, đã phát triển thành công một thiết bị nhỏ gọn có khả năng đạt được nhiệt độ plasma electron trong khoảng từ 11 đến 37 triệu độ C. 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 một thế kỷ, các nhà khoa học đã tìm hiểu về phản ứng nhiệt hạch, nhưng chỉ một số ít công nghệ có thể đạt được mức nhiệt độ cao hơn 15 triệu độ C – tức là nhiệt độ tại lõi của Mặt Trời. Với nhu cầu về năng lượng sạch ngày càng tăng, năng lượng nhiệt hạch nổi lên như một giải pháp tiềm năng để sản xuất năng lượng lớn. Giai đoạn đầu tiên của quy trình này là sản xuất plasma, một trạng thái vật chất mà tại đó các electron không còn giữ nguyên trạng thái nguyên tử mà tự do di chuyển. Quá trình kết hợp nguyên tử trong plasma có thể giải phóng năng lượng gấp 10 triệu lần so với năng lượng từ than đá. Tuy nhiên, do plasma có hai loại thành phần với trọng lượng khác nhau (hạt nhân và electron), nên chúng không nóng lên hay nguội đi cùng một tốc độ, gây ra khó khăn trong việc phát triển lò phản ứng nhiệt hạch.

Dự án Advanced Research Projects Agency-Energy của Bộ Năng lượng Mỹ đã tài trợ cho nghiên cứu này tại Đại học Washington, dẫn đến việc thành lập Zap Energy vào năm 2020. Họ sử dụng phương pháp kìm hãm plasma, gọi là Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch (FuZe), nhằm ngăn chặn electron nguội quá nhanh. Nhờ đó, dòng electron đã được truyền qua những sợi plasma mỏng và tạo ra trường điện từ giúp làm nóng plasma trong khi đè nén nó lại. Tuy nhiên, thách thức của phương pháp này là plasma chỉ có thể tồn tại trong thời gian ngắn hạn. Để khắc phục, Zap Energy đã phát triển một quy trình gọi là ổn định hóa dòng trượt.

Bây giờ, các nhà nghiên cứu có khả năng đo nhiệt độ riêng lẻ của hạt nhân và electron trong plasma. Họ hợp tác với các chuyên gia tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, San Diego (UCSD) để tiến hành đo nhiệt độ electron từ FuZe.

Trong phương pháp tán xạ Thomson, nhóm nghiên cứu đã sử dụng những xung ánh sáng màu xanh lá cây bắn vào plasma với tốc độ rất cao, từ đó đo được sự phân tán và nhiệt độ của electron. Các kết quả cho thấy electron trong plasma FuZe nóng tương đương với hạt nhân và plasma có thể duy trì sự cân bằng nhiệt thích hợp. Điều đặc biệt ở FuZe là nó không yêu cầu sử dụng nam châm siêu dẫn hay laser mạnh để tạo ra plasma, giúp giảm thiểu đáng kể chi phí.

Nghiên cứu về FuZe đã được đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters. Ngoài ra, nhóm cũng đang triển khai dự án Fuze-Q, hứa hẹn cung cấp năng lượng gấp 10 lần FuZe và có khả năng đạt nhiệt độ cao hơn nhiều.