Một công nghệ tổng hợp hạt nhân sáng tạo, không sử dụng chất phóng xạ và được tính toán là có khả năng “cung cấp năng lượng cho hành tinh trong hơn 100.000 năm”, đã được một nhóm các nhà nghiên cứu Mỹ-Nhật Bản thử nghiệm thành công.
TAE Technologies, có trụ sở tại California (Mỹ) đã hợp tác với Viện Khoa học Nhiệt hạch Quốc gia Nhật Bản (NIFS), để hoàn thành các thử nghiệm đầu tiên về chu trình nhiên liệu hydro-boron trong plasma giới hạn từ tính. Đây là công nghệ tổng hợp hạt nhân mới có thể tạo ra năng lượng sạch hơn và có chi phí thấp hơn, đồng thời tạo ra ít chất thải hạt nhân hoặc khí nhà kính trong quá trình tạo ra năng lượng.
Về cơ bản, hàng chục nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đang cạnh tranh để thương mại hóa việc sản xuất năng lượng tổng hợp hạt nhân. Và xu hướng chủ đạo vẫn là phản ứng tổng hợp hạt nhân sử dụng hydro và tritium. Tuy nhiên, tritium là một đồng vị phóng xạ có khả năng phóng xạ và có nhược điểm là cực kỳ hiếm và đắt tiền.
Do đó, TAE Technologies đang nghiên cứu phát triển công nghệ phát điện nhiệt hạch hydro-boron sử dụng boron, nguyên tố vốn có nhiều trên trái đất và an toàn hơn, như một giải pháp thay thế cho phát điện nhiệt hạch hydro-tritium. Vào năm 2021, công ty đã thông báo hợp tác với NIFS và tiến hành các thí nghiệm về phản ứng tổng hợp hydro-boron bằng Thiết bị xoắn ốc lớn (LHD) của NIFS.
Lò phản ứng kiểu FRC của TAE.
Lần này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp giam giữ từ tính sử dụng từ trường để giam giữ plasma. Báo cáo cho thấy họ đã hoàn thành thử nghiệm phản ứng tổng hợp hydro-boron đầu tiên trong lịch sử. Phản ứng tổng hợp hydro-boron giải phóng hạt nhân helium, còn được gọi là hạt alpha, như một sản phẩm phụ. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng điều này để xác nhận sự phát xạ của các hạt alpha đi kèm với phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng các máy dò được thiết kế riêng.
“Thí nghiệm này cung cấp cho chúng tôi rất nhiều dữ liệu và cho thấy rằng hydro-boron có một vị trí trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch ở quy mô tiện ích”, Michl Binderbauer, Giám đốc điều hành của TAE Technologies cho biết. “Chúng tôi biết rằng mình có thể giải quyết một thách thức vật lý ở hiện tại và cung cấp một dạng năng lượng không có carbon mới cho thế giới dựa vào loại nhiên liệu dồi dào và không phóng xạ này”.
Người phát ngôn của NIFS, công ty đã thiết lập quan hệ đối tác với TAE vào năm 2021, lưu ý thêm rằng: “Hydrogen-boron… cho phép tồn tại khái niệm về một lò phản ứng nhiệt hạch sạch hơn. Thành tựu này là bước tiến lớn đầu tiên hướng tới việc hiện thực hóa lò phản ứng nhiệt hạch sử dụng nhiên liệu nhiệt hạch tiên tiến.”
Nhóm các nhà nghiên cứu của Nhật Bản và Mỹ đứng sau thành tựu công nghệ này.
Nhiều công ty phát điện nhiệt hạch hiện sử dụng Tokamak, một thiết bị sử dụng từ trường cực mạnh để giữ plasma nóng trong một vật hình xuyến. Nhưng TAE Technologies sử dụng lò phản ứng cấu hình đảo ngược trường (FRC) điều khiển bằng chùm tia máy gia tốc tiên tiến và linh hoạt. Nhờ đó, nhiên liệu được sử dụng không còn chỉ giới hạn ở hydro-tritium mà còn cho cả hydro-boron. Ngoài ra, FRC yêu cầu diện tích nhỏ hơn so với Tokamak và có thể tạo ra năng lượng gấp 100 lần.
TAE Technologies hy vọng rằng kết quả của nghiên cứu này sẽ cho phép công nghệ này được cấp phép, với mục tiêu cuối cùng là sử dụng các lò phản ứng nhiệt hạch hydro-boron đầu tiên có thể cung cấp điện vào những năm 2030.
Công ty cũng nhấn mạnh rằng họ đã chế tạo 5 thiết bị “quy mô phòng thí nghiệm quốc gia” và đang chế tạo thêm hai cỗ máy, có tên là Copernicus và Da Vinci, với mục tiêu “lần lượt thể hiện năng lượng ròng và khả năng cung cấp năng lượng cho lưới điện”.