Lần đầu tiên trên thế giới, công ty năng lượng nhiệt hạch General Fusion có trụ sở tại Richmond, Canada, đạt được plasma đầu tiên trong lò phản ứng chạy bằng hơi nước. Thành tích này đạt được trong phiên bản mới nhất lò phản ứng nguyên mẫu của công ty, Lawson Machine 26 (LM26).

Trong khi tokamak và stellarator là những công nghệ đang được đặt hy vọng vào năng lượng nhiệt hạch, General Fusion vẫn miệt mài nghiên cứu về nhiệt hạch mục tiêu từ hóa (Magnetized Target Fusion - MTF), công nghệ ra đời vào những năm 1970 tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân Hoa Kỳ nhằm mục đích phát triển các lò phản ứng nhiệt hạch nhỏ gọn.

Nhiệt hạch mục tiêu từ hóa là gì?

Năm 2022, Cơ sở đánh lửa quốc gia (National Ignition Facility - NIF) Hoa Kỳ trở thành tiêu đề toàn cầu khi đạt được mức tăng năng lượng đầu tiên từ phản ứng nhiệt hạch hạt nhân. Chìa khóa cho thành tựu này là sử dụng tia laser để nén nhiên liệu tổng hợp, deuterium và tritium bên trong plasma để mô phỏng các điều kiện phản ứng giống như trên mặt trời.

Phương pháp MTF cũng tương tự, nhưng thay vì tia laser, họ dùng piston chạy bằng hơi nước. Đầu tiên, nhiên liệu được từ hóa bằng một chút điện, sau đó piston đẩy một bức vách lithium lỏng vào plasma để nén nó, làm tăng thêm nhiệt độ của nó. Ở nhiệt độ đã đặt, phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra, sau đó năng lượng giải phóng sẽ làm nóng lithium lỏng.

General Fusion có kế hoạch đưa lithium lỏng qua bộ trao đổi nhiệt, tạo ra hơi nước để quay máy phát điện. Nhưng để làm được điều đó, trước tiên phải đạt được plasma. Những nỗ lực trước đây để làm như vậy đã thất bại vì không thể kiểm soát piston đủ chính xác. Theo công ty, máy tính hiện đại hiện nay cho phép kiểm soát chính xác này, dẫn đến thành tựu của họ.

Thành công đầu tiên

Niềm tin của General Fusion vào MTF bắt nguồn từ thực tế là công nghệ này được thiết kế để ứng dụng thực tế và tạo ra năng lượng mà không yêu cầu các thành phần đắt tiền như nam châm siêu dẫn hoặc tia laser cao cấp.

Một nhà máy điện MTF duy nhất có thể cung cấp điện cho 150.000 hộ gia đình. Công ty cho biết thêm, công nghệ này có thể giúp tái sử dụng nhiệt hơi công nghiệp và các địa điểm phát điện hiện tại.

Nhưng hành trình để đạt được plasma đầu tiên là một hành trình khó khăn. General Fusion đã chế tạo 24 máy phun plasma, tạo ra hơn 200.000 plasma và tạo ra neutron nhiệt hạch từ quá trình nén plasma.

Với bài học kinh nghiệm từ các thí nghiệm này, công ty đã thiết kế, lắp ráp và vận hành LM26 trong thời gian kỷ lục là 16 tháng. Mặc dù đây là thành tựu đáng kể, nhưng công ty vẫn còn một chặng đường dài trước khi cung cấp điện thương mại.

Trong khi hướng đến mục tiêu cung cấp điện lưới vào thập kỷ tới, công ty vẫn cần hoàn thiện vách lithium lỏng, một yếu tố quan trọng trong hệ thống. Việc tích hợp các thành phần để hoạt động đồng bộ và tạo ra mức tăng năng lượng ròng là một thách thức về mặt kỹ thuật mà nhiều người đang nỗ lực giải quyết.