Lò phản ứng nhiệt hạch 10 triệu độ C

Công ty tư nhân Tri Alpha Energy (Mỹ) vừa tuyên bố đã chế tạo được một hệ thống thiết bị có khả năng giữ một khối khí hình cầu siêu nóng 10 triệu độ C ổn định được trong 5 phần nghìn giây (5 milliseconds) mà không bị hư hỏng.

Quãng thời gian này cực ngắn, nhưng đã vượt quá bất kỳ thử nghiệm tương tự nào trước đây. Nhiệt độ 10 triệu độ C đủ cao để duy trì phản ứng nhiệt hạch. Điều đó có nghĩa đây là một đột phá của công nghệ tổng hợp hạt nhân.

Hiện nay các dự án nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân đều là những dự án lớn do nhà nước đầu tư, như Lò phản ứng nhiệt hạch thí nghiệm quốc tế ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) đang xây dựng tại Pháp với chi phí 20 tỷ USD và Thiết bị điểm hỏa quốc gia NIF (National Ignition Facility) được Bộ Năng lượng Mỹ đầu tư 4 tỷ USD. Nhưng các dự án đó đều rất phức tạp và tốn kém, nhiều người e ngại khó thu hồi vốn.

Tổng hợp nhiệt hạch về nguyên lý có vẻ đơn giản nhưng lại cực khó thực hiện. Khi chất khí được nung nóng tới nhiệt độ cao, các nguyên tử chất khí bị mất hết electron, hình thành một hỗn hợp gồm electron và ion, gọi là plasma. Dưới tác dụng của ngoại lực, các ion sẽ kết hợp lại với nhau đồng thời giải phóng ra một năng lượng lớn, quá trình đó gọi là tổng hợp hạt nhân. Để quá trình này diễn ra an toàn, phải tìm cách giam giữ khối plasma không để chúng thoát ra ngoài lò phản ứng, thế nhưng cho tới nay chưa tìm được loại vật liệu nào có thể chịu được nhiệt độ cao như vậy để làm thành lò.

Để giải quyết vấn đề đó, các nhà khoa học nghĩ ra lò phản ứng nhiệt hạch giam giữ quán tính, kiểu như NIF, và lò phản ứng nhiệt hạch giam giữ từ tính, kiểu như ITER.

Tri Alpha Energy dùng cách thứ hai. Họ dùng một kết cấu hình chiếc lốp xe gọi là FRC (field-reversed configuration) để giam giữ plasma. FRC đã được dùng từ thập niên 1960 nhưng các nhà khoa học chỉ giam giữ được khối plasma trong 0,3 milliseconds. Giờ đây, khi dùng phương pháp đó, Tri Alpha Energy có thể nung nóng Hydrogen và Boron tới 10 triệu độ C. Sắp tới đây, họ sẽ nâng cấp thiết bị để nâng cao nhiệt độ gấp 10 lần.