Thiết Bị FuZe: Đột Phá Trong Công Nghệ Nhiệt Hạch Với Nhiệt Độ 37 Triệu Độ C

FuZe là thiết bị tiên tiến được thiết kế với khả năng đạt được nhiệt độ của năng lượng nhiệt hạch, đáp ứng nhu cầu điện năng trong tương lai.

Mới đây, một thiết bị nhỏ gọn mang tên FuZe, được phát triển bởi công ty khởi nghiệp Zap Energy tại Mỹ, đã đạt được nhiệt độ plasma electron dao động trong khoảng từ 1 đến 3 keV, tương đương với 11 đến 37 triệu độ C, theo thông tin từ Interesting Engineering.

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

Trong gần một thế kỷ, nhân loại đã nghiên cứu về phản ứng nhiệt hạch, nhưng chỉ có một số ít công nghệ có thể đạt nhiệt độ plasma vượt ngưỡng 15 triệu độ C, nóng như lõi của Mặt Trời. Khi mà thế giới ngày càng cần những nguồn năng lượng sạch hơn, phản ứng nhiệt hạch được xem là một phương án khả thi để sản xuất năng lượng với quy mô lớn. Quá trình đầu tiên của phản ứng này là tạo ra plasma, một trạng thái vật chất đặc biệt, nơi electron không còn liên kết với nguyên tử mà tự do di chuyển. Sự hợp nhất giữa các nguyên tử có thể sản sinh ra năng lượng gấp 10 triệu lần so với việc đốt cháy than đá. Tuy nhiên, do plasma nhiệt hạch bao gồm hai phần tử có khối lượng khác nhau (hạt nhân và electron), chúng lại bị nóng và nguội ở các tốc độ khác nhau. Điều này dẫn đến việc electron nguội quá nhanh, gây khó khăn cho việc duy trì nhiệt độ plasma và trở ngại cho sự phát triển của lò phản ứng nhiệt hạch.

Dự án Advanced Research Projects Agency-Energy của Bộ Năng lượng Mỹ đã tài trợ cho nghiên cứu vấn đề này tại Đại học Washington. Từ đó, Zap Energy được thành lập vào năm 2020, với mục tiêu sử dụng công nghệ gọi là Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch (FuZe) để giữ cho electron không bị nguội quá nhanh. Phương pháp này cho phép dòng electron chạy qua các sợi plasma mỏng, tạo nên một trường điện từ giúp làm nóng plasma đồng thời giữ chặt nó lại. Tuy nhiên, một thách thức lớn là plasma chỉ có thể tồn tại trong thời gian ngắn. Để khắc phục điều này, Zap Energy đã phát triển một quá trình gọi là ổn định hóa dòng trượt.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu có khả năng đo nhiệt độ riêng biệt của các hạt nhân và electron trong plasma. Zap Energy đã hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, San Diego (UCSD) để tiến hành đo nhiệt độ của electron từ hệ thống FuZe.

Trong phương pháp tán xạ Thomson, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các xung ánh sáng xanh lá cây chiếu vào plasma với tốc độ cực nhanh. Họ theo dõi sự phân tán của electron để xác định nhiệt độ của chúng. Kết quả cho thấy nhiệt độ của electron trong plasma FuZe có độ nóng tương đương với hạt nhân, đồng thời plasma cũng duy trì được sự cân bằng nhiệt tốt hơn. Đặc biệt, khác với nhiều công nghệ nhiệt hạch hiện có, FuZe không yêu cầu sử dụng nam châm siêu dẫn hay laser mạnh mẽ để tạo ra plasma, từ đó mang lại hiệu quả chi phí vượt trội.

Nghiên cứu về hệ thống FuZe đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters. Nhóm nghiên cứu đang triển khai một dự án tiếp theo có tên là Fuze-Q, với công suất năng lượng lớn gấp 10 lần so với FuZe và khả năng đạt nhiệt độ cao hơn nhiều lần.