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

FuZe là thiết bị nhỏ gọn, được phát triển nhằm giúp con người khai thác năng lượng nhiệt hạch hiệu quả hơn trong tương lai.

Công nghệ mới này đến từ công ty khởi nghiệp Zap Energy tại Mỹ, đã tạo ra một thiết bị có khả năng đạt nhiệt độ plasma electron từ 11 đến 37 triệu độ C. Theo thông tin từ Interesting Engineering vào ngày 23/4, đây có thể là một bước tiến lớn trong việc sản xuất năng lượng sạch.

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

Trong suốt gần 100 năm qua, nghiên cứu về phản ứng nhiệt hạch đã cho thấy rất ít công nghệ có thể tạo ra nhiệt độ plasma vượt trên 15 triệu độ C, nhiệt độ trung tâm của Mặt Trời. Điều này cho thấy rằng, với nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, việc phát triển công nghệ nhiệt hạch trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết, vì khả năng sản xuất năng lượng dồi dào từ phản ứng này có thể vượt xa các nguồn nhiên liệu hiện tại.

Quá trình sản xuất plasma, trạng thái vật chất thứ tư, là khởi đầu quan trọng để triển khai năng lượng nhiệt hạch. Plasma, trong đó các electron không còn bám vào nguyên tử, có thể giải phóng năng lượng cực lớn — gấp 10 triệu lần so với năng lượng từ than đá. Tuy nhiên, một thách thức lớn khi phát triển các lò phản ứng nhiệt hạch chính là sự chênh lệch tốc độ nóng lên và làm mát giữa hạt nhân và electron trong plasma.

Dự án Cơ quan Nghiên cứu Năng lượng Tiên tiến (ARPA-E) của Bộ Năng lượng Mỹ đã đầu tư vào nghiên cứu để giải quyết vấn đề này tại Đại học Washington. Từ những nghiên cứu này, Zap Energy được thành lập vào năm 2020 với dự án FuZe, sử dụng kỹ thuật kìm hãm plasma để đảm bảo rằng electron không nguội quá nhanh. Hệ thống của họ cho phép dòng electron chạy qua những sợi plasma mỏng, tạo ra một trường điện từ có tác dụng làm nóng plasma trong khi vẫn giữ cho nó ổn định.

Nhờ vào sự cải tiến này, các nhà nghiên cứu có thể đo nhiệt độ độc lập của hạt nhân và electron trong plasma. Zap Energy đã kết hợp với các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, San Diego (UCSD) để thực hiện đo đạc nhiệt độ của electron từ FuZe.

Nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp tán xạ Thomson, sử dụng xung ánh sáng xanh lá cây mạnh để quan sát plasma. Việc đo lường sự phân tán của electron cho thấy rằng, trong plasma FuZe, electron có nhiệt độ tương đương với hạt nhân, cho thấy được sự cân bằng nhiệt ổn định trong hệ thống. Khác với những công nghệ nhiệt hạch khác, FuZe tiết kiệm chi phí vì không cần sử dụng nam châm siêu dẫn hay laser mạnh để tạo plasma.

Nghiên cứu về thiết bị FuZe đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters. Nhóm nghiên cứu hiện đang bắt tay vào dự án tiếp theo, FuZe-Q, với công suất năng lượng dự kiến gấp 10 lần FuZe và có khả năng đạt được nhiệt độ cao hơn đáng kể.