Nhiều dự án điện nhiệt hạch đang được gấp rút hoàn thành, khiến giấc mơ về một nguồn năng lượng vô tận đến gần hơn.
Ngày 17/6, công ty General Fusion tuyên bố đang xây dựng một lò phản ứng nhiệt hạch tại phòng thí nghiệm nghiên cứu nhiệt hạch quốc gia Anh ở Culham. Công ty này cho biết họ hi vọng dự án sẽ đi vào hoạt động năm 2025.
Đây là thành viên mới nhất trong số các dự án lò phản ứng nhiệt hạch lớn trên thế giới, nhằm giải quyết nhu cầu năng lượng ngày càng cao của con người. Phần lớn các dự án nhắm tới thời gian hoạt động chính thức từ năm 2030-2040. Phản ứng nhiệt hạch từng được cho là công nghệ không bao giờ hoàn thành, nhưng theo Economist thì nó đang gần với thực tế hơn bao giờ hết.
Giải pháp mới cho năng lượng sạch
Được ví như những “Mặt Trời nhân tạo”, chúng áp dụng nguyên lý phản ứng nhiệt hạch hay hợp hạch giống Mặt Trời, yêu cầu đạt được nhiệt độ 100-200 triệu độ C bên trong lò, và chi phí lên đến hàng chục tỷ USD.
Phản ứng nhiệt hạch được các kỹ sư nghiên cứu từ những năm 1950, đến này vẫn chưa có lời giải đáp. ITER, siêu dự án nghiên cứu khoa học về năng lượng lớn nhất trên thế giới tới thời điểm hiện tại, là một trong những cách tiếp cận hứa hẹn nhất, với mục đích sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân làm nguồn năng lượng.
Để tạo ra điện, các nhà máy điện hạt nhân hiện nay dựa vào sự phân hạch, phân tách các nguyên tử nặng thành những nguyên tử nhẹ hơn. Sau đó, năng lượng được giải phóng để đun sôi nước thành hơi, làm quay các tua-bin tạo ra điện.
Ngược lại, thay vì phân tách nguyên tử, ở các nhà máy nhiệt hạch, nhiệt được tạo ra bằng cách kết hợp các nguyên tử nhẹ để tạo ra các nguyên tử nặng hơn.
Quá trình nhiệt hạch này giống như cách vận hành của Mặt Trời, có thể tạo ra nguồn năng lượng sạch vô hạn, hạn chế nguy cơ về công nghệ vũ khí hạt nhân, cũng như giảm thiểu chất thải phóng xạ so với quá trình phân hạch.
Tuy nhiên, để phản ứng nhiệt hạch xảy ra, cần nhiệt trên 100 triệu độ C để kết hợp hai đồng vị hydro là deuterium và tritium lại với nhau, từ đó thu được plasma.
“Trái với quá trình phân hạch, phản ứng nhiệt hạch khó thực hiện và duy trì hơn”, Christofer Mowry, CEO của General Fusion cho biết.
Ý tưởng của General Fusion là sự kết hợp giữa phản ứng tổng hợp từ tính (MCF) và phản ứng tổng hợp giam giữ quán tính (ICF). Cách tiếp cận này được gọi là “nhiệt hạch mục tiêu từ tính”, khái niệm từ những năm 1960. Theo ông Mowry, bằng cách này, những hạn chế từ trường sẽ bị loại bỏ nhờ vào việc sử dụng xung điện mạnh tạo ra các đốm plasma ổn định trong lò phản ứng.
Tuy nhiên, các luồng plasma này chỉ kéo dài khoảng 20 mili giây, không đủ lâu để tạo nhiều năng lượng nếu đưa vào phản ứng MCF, nhưng lại đủ lâu để được nén như phản ứng ICF. Do đó, lò phản ứng General Fusion của Anh sẽ được lót bằng chì và lithium nóng chảy. Các piston dẫn động bằng khí sẽ nén lõi sau khi plasma được bơm vào, biến nó từ hình trụ thành hình cầu và tăng đáng kể tốc độ kết hợp nguyên tử.
Theo Mowry, công ty hy vọng sẽ hoàn thiện một lò phản ứng thương mại chính thức vào 2030, với giá 50 USD/MWh, để cạnh tranh với than vì năng lượng tái tạo sẽ rẻ hơn.
