Thiết Bị FuZe: Cách Mạng Trong Sản Xuất Năng Lượng Nhiệt Hạch

Thiết bị FuZe đã ghi dấu ấn với khả năng đạt nhiệt độ đến 37 triệu độ C, mở ra triển vọng mới cho sản xuất năng lượng sạch.

FuZe, một thiết bị nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí, được phát triển bởi công ty khởi nghiệp Zap Energy, đã đạt được nhiệt độ plasma electron từ 11 đến 37 triệu độ C, theo báo cáo của Interesting Engineering vào ngày 23/4.

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

Trải qua gần một thế kỷ nghiên cứu về nhiệt hạch, việc đạt được nhiệt độ plasma trên 15 triệu độ C vẫn là một thách thức lớn. Trong bối cảnh mà nhân loại đang tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch hơn, phản ứng nhiệt hạch đã được nhìn nhận như một giải pháp tiềm năng cho nhu cầu năng lượng toàn cầu. Quá trình sản xuất plasma là bước quan trọng đầu tiên trong phản ứng này, nơi mà electron không còn giữ nguyên trạng thái nguyên tử mà trở nên tự do. Quá trình hợp nhất nguyên tử hứa hẹn cung cấp năng lượng gấp 10 triệu lần so với việc đốt cháy than đá. Tuy nhiên, một thách thức lớn trong nghiên cứu nhiệt hạch là việc quản lý nhiệt độ của electron và hạt nhân, do sự khác biệt về khối lượng giữa chúng khiến chúng nóng lên và nguội đi với tốc độ khác nhau.

Để giải quyết vấn đề này, dự án của Bộ Năng lượng Mỹ, cụ thể là Dự án Nghiên cứu Năng lượng Tiên tiến, đã hỗ trợ nghiên cứu tại Đại học Washington, từ đó Zap Energy ra đời vào năm 2020. Họ đã phát triển phương pháp được gọi là Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch (FuZe), nhằm giữ cho electron không nguội nhanh chóng. Theo quy trình này, dòng electron chạy qua các sợi plasma mỏng tạo ra một trường điện từ giúp tăng nhiệt cho plasma trong khi giữ nó bị nén. Tuy nhiên, plasma chỉ tồn tại trong thời gian ngắn là một trong những trở ngại mà Zap Energy đang cố gắng khắc phục bằng cách áp dụng quy trình ổn định hóa dòng trượt.

Nhờ vào những tiến bộ này, các nhà nghiên cứu hiện đã có thể đo nhiệt độ riêng biệt của electron và hạt nhân trong plasma. Zap Energy đã hợp tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, San Diego (UCSD) để tiến hành đo nhiệt độ electron từ thiết bị FuZe.

Trong phương pháp tán xạ Thomson, nhóm nghiên cứu đã sử dụng những xung ánh sáng xanh lá cây cực nhanh để dẫn truyền vào plasma, qua đó đo được sự phân tán của electron và nhiệt độ của chúng. Kết quả xác nhận rằng electron trong plasma FuZe đang ở mức nhiệt tương đương với hạt nhân, giúp duy trì sự cân bằng nhiệt. Khác với các công nghệ nhiệt hạch khác, FuZe không yêu cầu sử dụng nam châm siêu dẫn hay laser mạnh mẽ để tạo plasma, điều này giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất.

Các kết quả nghiên cứu về FuZe đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters. Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tiến hành dự án tiếp theo mang tên Fuze-Q, hứa hẹn sẽ mang lại công suất năng lượng lớn gấp 10 lần FuZe và đạt được nhiệt độ cao hơn rất nhiều.