Công nghệ nhiệt hạch Z-pinch chìa khóa cho nhà máy điện hạt nhân mini

Như chúng ta cùng biết, phản ứng hạt nhân được chia là hai loại một là hợp hạch (tổng hợp hạt nhân) và một là phân hạch (phân rã hạt nhân). Quá trình tổng hợp hoặc phân rã hạt nhân luôn đi kèm với việc giải phỏng nguồn năng lượng cực lớn dưới dạng nhiệt, chính vì vậy người ta còn gọi đây là phản ứng nhiệt hạch và nguồn năng lượng “hủy diệt” này sẽ mang lại lợi ích to lớn nếu được sử dụng để phát điện.

Các nhà máy điện nguyên tử hiện nay chủ yếu dùng phản ứng phân hạch, tuy có nhiều lợi ích nhưng rất nguy hiểm, kích thước các lò phản ứng cũng rất lớn, thời gian xây dựng lâu và khả năng di chuyển gần như là không thể.

Nhiên liệu thường dùng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân là các đồng vị deuterium tritium của khí hydro. Các đồng vị này có thể trích lấy từ thành phần nước biển, hoặc tổng hợp từ nguyên tử hydrogen. Quá trình này xét ra dễ dàng hơn so với các nguyên tố nặng nhưng cũng vấn là thách thức không dễ vượt qua.

Để làm cho các hạt nhân hợp lại với nhau, cần một nguồn năng lượng rất lớn, ngay cả với các nguyên tử nhẹ nhất như hydro. Đầu tiên, cần phải nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa hoàn toàn tất cả các nguyên tử, đồng thời tách loại electron để biến nhiên liệu phản ứng hoàn toàn trở thành hạt nhân không có electron ở thể plasma.

Sau đó cần phải cung cấp động năng cực kỳ lớn cho các hạt nhân vượt qua tương tác đẩy Coulomb để chúng va vào nhau. Nhiệt độ cần thiết cho quá trình này có thể lên đến hàng triệu độ C. Trong tự nhiên, phản ứng này có thể thấy trong các vụ nổ sao, còn con người tìm đến sự hỗ trợ của plasma.

Tạo và điều khiển phản ứng nhiệt hạch là một thách thức khoa học / công nghệ cực kỳ phức tạp, bởi vậy dù được đánh giá là rất tiềm năng, nhưng cho đến nay nhà máy điện hạt nhân (phân hạch) vẫn chưa có sự phát triển tương xứng, mới chỉ dừng lại ở mức phòng thí nghiệm hay thậm chí là trên lý thuyết.

Tuy nhiên, cùng với thời gian, con người ngày càng đạt nhiều tiến bộ kể cả trong nghiên cức lý thuyết và thực hành để biến ước mơ xây dựng nhà máy điện hợp hạch thành sự thật.

Z-pinch là một công nghệ được công bố từ giữa thế kỷ trước, có nhiều lợi thế trong việc tạo ra phản ứng hợp hạch. Thay vì dùng mạng lưới cuộn dây từ tính phức tạp và đòi hỏi vật liệu che chắn đắt tiền để bảo vệ lò phản ứng, các hệ thống Z-pinch dựa vào trường điện từ được tạo ra trong chính plasma để "chèn ép" nó cho đến khi dòng plazma đủ nóng và đủ đặc để phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra. Mới đây, công ty khởi nghiệp Zap Energy, trụ sở tại Seattle, Hoa Kỳ, đã đạt được một cột mốc quan trọng cho công nghệ nhiệt hạch Z-pinch.

Lò phản ứng tổng hợp hạt nhân được mang tên “Q=1” có kích thước nhỏ gọn, nằm vừa trong bất kỳ một ga ra ô tô nào. Zap Energy cho biết, đây là thế hệ thứ tư của thiết bị Z-pinch mà họ đã nghiên cứu chế tạo. Công ty vừa kết thúc vòng kêu gọi vốn tài trợ Series C trị giá 160 triệu đô la Mỹ để xây dựng tiếp các mô hình mang tính khả thi cao hơn.

Nhà máy điện mini dạng mô đun của Zap Energy dễ dàng được lắp đặt ở bất cứ đâu, kể cả các vùng sâu vùng xa, chúng cũng dễ dàng kết hợp với nhau để thành một tổ hợp có khả năng cung cấp điện cho toàn bộ một vùng hoặc một thành phố. Đây được đánh giá là một bước tiến quan trọng trong an ninh năng lượng không chỉ đối với một quốc gia mà toàn bộ thế giới.

Theo Tạp chí Điện tử.