Thí nghiệm nhiệt hạch tại Mỹ phá kỷ lục, tăng gấp đôi năng lượng đầu ra

Thí nghiệm nhiệt hạch tại Mỹ phá kỷ lục, tăng gấp đôi năng lượng đầu ra

Trong một bước tiến mới đầy hứa hẹn cho tương lai năng lượng sạch, thí nghiệm nhiệt hạch tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) của Bộ Năng lượng Mỹ đã tạo ra mức năng lượng đầu ra lên tới 8,6 megajoule – vượt xa mức 5,2 megajoule trong lần thử gần nhất và hơn gấp đôi so với cột mốc lịch sử năm 2022.

Cụ thể, vào năm 2022, lần đầu tiên trong lịch sử, NIF đã đạt được phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát tạo ra năng lượng đầu ra (3,15 megajoule) nhiều hơn năng lượng đưa vào (2,05 megajoule), được xem là "bước nhảy lượng tử" trong ngành năng lượng. Tuy nhiên, các thử nghiệm gần đây đã cho thấy khả năng nhân rộng và cải thiện hiệu suất đáng kể.

Dù vậy, các thí nghiệm này vẫn chưa đủ hiệu quả để đưa năng lượng quay trở lại lưới điện. Đơn cử, phát bắn tạo ra năng lượng dương đầu tiên vào năm 2022 đã tiêu tốn tới 300 megajoule chỉ để cấp điện cho hệ thống laser – điều nằm ngoài mục tiêu thiết kế ban đầu của cơ sở này. Tuy nhiên, các kết quả liên tục cải thiện là minh chứng rõ ràng rằng nhiệt hạch có kiểm soát không còn là điều trong sách vở.

Cách NIF tạo ra nhiệt hạch bằng laser

Khác với phương pháp phổ biến hiện nay là "giam giữ bằng từ trường" (magnetic confinement), NIF sử dụng phương pháp gọi là "giam giữ quán tính" (inertial confinement). Trong quy trình này, nhiên liệu nhiệt hạch được phủ một lớp kim cương mỏng và đặt trong một ống vàng nhỏ gọi là hohlraum. Viên nhiên liệu này – có kích thước cỡ hạt bi nhỏ – được đặt vào buồng chân không hình cầu rộng 10 mét.

Tại đây, 192 chùm tia laser cực mạnh hội tụ vào mục tiêu. Hohlraum bị bốc hơi dưới tác động dữ dội của laser, phát ra tia X và làm nóng lớp kim cương của viên nhiên liệu đến mức chuyển thành plasma. Áp lực cực lớn từ plasma ép các hạt nhân deuterium và tritium bên trong đến mức chúng hợp nhất, giải phóng ra năng lượng nhiệt hạch.

Tiềm năng và tương lai

Hiện tại, chưa có thí nghiệm nào sử dụng phương pháp từ trường đạt được trạng thái "năng lượng dương" như tại NIF, nhưng nhiều lò phản ứng đang trong quá trình xây dựng hoặc thiết kế với kỳ vọng sẽ sớm chạm tới cột mốc này.

Ngoài NIF, một số startup cũng đang theo đuổi công nghệ nhiệt hạch bằng laser như Xcimer Energy và Focused Energy, cho thấy lĩnh vực này đang thu hút nhiều sự quan tâm và đầu tư.

Dù còn nhiều thách thức trước mắt, các bước tiến gần đây đang củng cố niềm tin rằng nhiệt hạch có kiểm soát – vốn là giấc mơ năng lượng vô tận và không phát thải – đang ngày càng trở nên khả thi.