Khám Phá Thiết Bị FuZe: Đột Phá Năng Lượng Nhiệt Hạch Tương Lai

Thiết bị FuZe nhỏ gọn mang lại hy vọng cho tương lai năng lượng nhiệt hạch với mức nhiệt độ đạt được 37 triệu độ C.

Mới đây, công ty khởi nghiệp Zap Energy đã giới thiệu FuZe, một thiết bị nhiệt hạch có khả năng đạt nhiệt độ plasma electron từ 11 đến 37 triệu độ C. Tin tức được đăng tải trên Interesting Engineering vào ngày 23/4 cho thấy khả năng ấn tượng của thiết bị này.

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

Trong suốt gần 100 năm qua, các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiệt hạch, nhưng chỉ vài công nghệ đạt được mức nhiệt cao như trên. Để đáp ứng nhu cầu năng lượng sạch trong tương lai, năng lượng nhiệt hạch được coi là một giải pháp hứa hẹn, với tiềm năng sản sinh năng lượng lớn hơn 10 triệu lần so với năng lượng từ than đá.

Bước đầu tiên của việc sản xuất năng lượng từ nhiệt hạch là tạo ra plasma, một trạng thái vật chất trong đó các electron không còn giữ nguyên tử mà tự do di chuyển. Tuy nhiên, plasma nhiệt hạch có hai phần gồm hạt nhân và electron, với khối lượng khác nhau, dẫn đến sự nóng lên và làm nguội không đồng bộ, điều này gây khó khăn cho 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. Từ kết quả đó, Zap Energy ra đời vào năm 2020, tập trung vào phương pháp kìm hãm plasma với tên gọi Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch (FuZe), giúp ngăn chặn sự làm nguội nhanh của electron. Bằng cách sử dụng dòng electron qua những sợi plasma mỏng, họ tạo ra trường điện từ giúp làm nóng plasma trong khi vẫn giữ nó ở trạng thái ổn định.

Dù vậy, một trong những thách thức là plasma chỉ có thể tồn tại trong khoảng thời gian ngắn. Zap Energy đã phát triển quy trình gọi là ổn định hóa dòng trượt, cho phép các nhà nghiên cứu đo nhiệt độ ở các phần tử trong plasma một cách chính xác.

Để đo nhiệt độ electron, nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) và Đại học California, San Diego (UCSD), sử dụng phương pháp tán xạ Thomson. Họ đã bắn những tia sáng xanh lá vào plasma và đo sự phân tán để xác định nhiệt độ. Kết quả cho thấy, nhiệt độ electron trong plasma FuZe tương đương với hạt nhân, tạo ra sự cân bằng nhiệt bền vững. Đặc biệt, FuZe không yêu cầu sử dụng nam châm siêu dẫn hay laser công suất cao, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất.

Nghiên cứu về FuZe đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters. Tiếp theo, nhóm sẽ tiến hành dự án Fuze-Q với công suất năng lượng gấp 10 lần so với FuZe, hứa hẹn đạt được nhiệt độ cao hơn đáng kể.