Khám Phá Thiết Bị FuZe: Đột Phá Năng Lượng Nhiệt Hạch Từ Zap Energy

Thiết bị FuZe, sản phẩm đầy sáng tạo của Zap Energy, không chỉ đạt được nhiệt độ plasma cực cao mà còn mở ra hy vọng cho nguồn năng lượng sạch trong tương lai.

Trong bối cảnh cả thế giới đang tìm kiếm những giải pháp năng lượng bền vững, Zap Energy, một công ty khởi nghiệp của Mỹ, đã phát triển một thiết bị nhỏ gọn giúp đạt được nhiệt độ plasma electron từ 11 đến 37 triệu độ C. Được gọi là FuZe, thiết bị này mang lại tiềm năng lớn trong việc tạo ra năng lượng nhiệt hạch, một loại năng lượng được đánh giá là an toàn và dồi dào.

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

Các nhà khoa học đã nghiên cứu về phản ứng nhiệt hạch trong suốt gần một thế kỷ, nhưng chỉ có một số ít công nghệ có thể tạo ra nhiệt độ plasma vượt quá 15 triệu độ C, tương đương với điều kiện tại lõi của Mặt trời. Với nhu cầu ngày càng cao về năng lượng sạch, phản ứng nhiệt hạch được coi là một giải pháp khả thi cho tương lai. Thực tế, quá trình sản xuất plasma là nền tảng quan trọng để tạo ra năng lượng này, trong đó electron không còn bám vào nguyên tử mà tự do tồn tại.

Quá trình hợp nhất nguyên tử trong nhiệt hạch có thể tạo ra năng lượng nhiều gấp 10 triệu lần so với việc đốt than đá. Tuy nhiên, một thách thức lớn là plasma nhiệt hạch bao gồm các hạt nhân và electron có khối lượng khác nhau, dẫn đến việc chúng nóng lên và nguội đi với tốc độ không đồng đều. Đây chính là lý do mà electron nguội nhanh hơn có thể làm giảm khả năng giữ nhiệt của plasma, tạo ra rào cản trong việc phát triển lò phản ứng nhiệt hạch.

Để giải quyết vấn đề này, Dự án Advanced Research Projects Agency-Energy của Bộ Năng lượng Mỹ đã tài trợ cho nghiên cứu tại Đại học Washington, từ đó hình thành nên Zap Energy vào năm 2020. Công ty này đã phát triển thí nghiệm kìm hãm plasma mang tên Thí nghiệm Z-pinch nhiệt hạch (FuZe), với mục tiêu duy trì nhiệt độ của electron không bị giảm nhanh chóng. Phương pháp của họ cho phép dòng electron di chuyển qua các sợi plasma, tạo ra một trường điện từ để giữ ấm plasma đồng thời nén chúng lại.

Dẫu vậy, một thách thức khác là plasma thường chỉ tồn tại trong thời gian ngắn. Zap Energy đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này thông qua kỹ thuật được gọi là ổn định hóa dòng trượt.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đã có thể đo lường nhiệt độ riêng biệt của hạt nhân và electron trong plasma. Họ đã hợp tác với Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore và Đại học California, San Diego để tiến hành các thí nghiệm đo lường nhiệt độ của electron từ FuZe.

Trong phương pháp tán xạ Thomson, nhóm nghiên cứu đã sử dụng những xung ánh sáng màu xanh lá cây cực nhanh để bắn vào plasma và đo được mức độ phân tán của electron để xác định nhiệt độ của chúng. Kết quả cho thấy rằng, electron trong plasma FuZe nóng như hạt nhân và plasma có khả năng duy trì cân bằng nhiệt lý tưởng. Điều khác biệt lớn là FuZe không cần đến các nam châm siêu dẫn hay laser mạnh mẽ để tạo ra plasma, giúp nó trở nên hiệu quả về mặt chi phí.

Nghiên cứu về FuZe vừa được công bố trên tạp chí Physical Review Letters. Nhóm nghiên cứu hiện đang bắt tay vào dự án tiếp theo mang tên Fuze-Q, với mục tiêu sản xuất năng lượng gấp mười lần FuZe và đạt được nhiệt độ cao hơn nhiều.