Các nhà nghiên cứu tại UBC phát triển Thunderbird Reactor sử dụng kết hợp tải plasma và điện hóa để nhồi nhét deuteri vào mục tiêu palladium, từ đó tăng 15% tỷ lệ phản ứng nhiệt hạch. Mô hình nhỏ gọn vận hành ở nhiệt độ phòng với 1 vôn điện, mở đường cho nghiên cứu nhiệt hạch dễ tiếp cận.
Điểm nổi bật:
- Nhóm UBC kết hợp phương pháp tải plasma và điện hóa để tăng mật độ deuteri trong palladium.
- Lò phản ứng nhỏ gọn trên bàn thí nghiệm tăng tỷ lệ nhiệt hạch lên 15%.
- Vận hành ở nhiệt độ phòng chỉ sử dụng một vôn điện để nén nhiên liệu.
- Nghiên cứu đăng trên Nature chứng minh nền tảng nghiên cứu nhiệt hạch dễ tiếp cận.
- Phương pháp tải kép có thể được tái tạo bởi các phòng thí nghiệm khác.
Trong nhiều thập kỷ, phản ứng nhiệt hạch hạt nhân được xem là nguồn năng lượng tối ưu—sạch, mạnh mẽ và hầu như không giới hạn. Hầu hết các phương pháp tiến hành nhiệt hạch đòi hỏi máy móc khổng lồ để nén plasma dưới nhiệt độ và áp suất cao, mô phỏng quá trình trong Mặt Trời. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học British Columbia (UBC) đã chọn một hướng đi hoàn toàn khác—đủ nhỏ để đặt trên bàn thí nghiệm.
Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature sử dụng một lò phản ứng nhiệt hạch nhỏ gọn hoạt động ở nhiệt độ phòng. Mục tiêu hiện tại chưa phải là sản xuất năng lượng quy mô lớn, mà tập trung cải thiện quá trình nhiệt hạch bằng cách tăng mật độ deuteri—một dạng nặng của hydro—lên bề mặt mục tiêu kim loại.
Tín dụng: UBC
Theo lời Giáo sư Curtis P. Berlinguette, Học giả Đại học Danh dự tại UBC và là trưởng dự án, “Mục tiêu là tăng mật độ nhiên liệu và xác suất va chạm giữa các nguyên tử deuteri, từ đó gia tăng số sự kiện nhiệt hạch.”
Cách hoạt động của lò phản ứng
Thiết bị do nhóm tự phát triển, gọi là Thunderbird Reactor, gồm ba thành phần chính: một động cơ plasma, buồng chân không và tế bào điện hóa. Mỗi bộ phận đóng vai trò tải deuteri vào mục tiêu palladium.
- Động cơ plasma bắn các ion năng lượng cao vào kim loại.
- Tế bào điện hóa sử dụng điện áp nhẹ để đẩy thêm nguyên tử deuteri.
- Buồng chân không giữ cho môi trường thí nghiệm ổn định.
Phương pháp tải kép này tạo ra mật độ nhiên liệu cao hơn so với chỉ dùng plasma. Khi thử nghiệm, tỷ lệ sự kiện nhiệt hạch tăng 15% so với phương pháp đơn lẻ.
Berlinguette giải thích: “Nhờ điện hóa, chúng tôi nhồi được nhiều deuteri hơn vào kim loại—như vắt nước vào miếng bọt biển. Mặc dù chưa thu được lợi năng lượng, phương pháp này nâng cao tỷ lệ phản ứng và có thể tái hiện ở nhiều phòng thí nghiệm.”
Dựa trên các khám phá trước đó
Khoa học nhiệt hạch không phải điều mới mẻ. Thí nghiệm thành công đầu tiên với phản ứng D-D diễn ra năm 1934 khi các nhà vật lý bắn ion năng lượng cao vào mục tiêu kim loại phủ deuteri. Tiếp đó, năm 1989, ý tưởng “nhiệt hạch lạnh” gây chấn động khi hai nhà nghiên cứu báo cáo đo được nhiệt bất thường từ deuterium oxide qua điện cực palladium, nhưng không ai tái lập thành công.
Năm 2015, một nhóm do Google tài trợ tái khám phá khái niệm này dưới điều kiện khắt khe và chỉ tìm thấy các hướng nghiên cứu tiềm năng mà không xác nhận nhiệt hạch lạnh trước đó.
Berlinguette từng tham gia nhóm kiểm chứng kể trên. Nay, ông và đồng nghiệp xây dựng thí nghiệm mới tránh mọi yếu tố mơ hồ, tập trung vào tín hiệu neutron rõ ràng.
Với kinh phí từ Thistledown Foundation, UBC tiếp tục hoàn thiện nghiên cứu, đem lại minh bạch và tài liệu đầy đủ cho cộng đồng khoa học.
Hướng tới tương lai nhiệt hạch dễ tiếp cận
Dù chưa thu được lợi năng lượng, thí nghiệm này cho thấy con đường phát triển năng lượng nhiệt hạch không nhất thiết phải trông chờ vào các cỗ máy tỷ đô. Thunderbird Reactor đủ nhỏ để đặt trên bàn, giúp nhiều trường đại học và phòng thí nghiệm nhỏ có thể tham gia cuộc đua.
“Chúng tôi hy vọng công trình này đưa khoa học nhiệt hạch thoát khỏi các phòng thí nghiệm quốc gia khổng lồ và xuất hiện ngay trên bàn thí nghiệm,” Berlinguette nói. “Phương pháp này kết hợp khoa học vật liệu và điện hóa, tạo nền tảng cho việc điều chỉnh nhiên liệu và chất mục tiêu một cách hệ thống.”
Phản ứng nhiệt hạch vốn là một trong những phản ứng mạnh nhất, kết hợp nguyên tử mà không tạo ra chất thải phóng xạ lâu dài như phân hạch. Nó cũng an toàn hơn vì không thể xảy ra quá trình dây chuyền không kiểm soát.
Nếu khoa học tìm ra cách để nhiệt hạch sinh ra nhiều năng lượng hơn tiêu thụ, thế giới có thể chứng kiến cách mạng năng lượng sạch, gần như vô tận và bền vững hơn nhiên liệu hóa thạch.
Phương pháp của UBC chưa giải quyết mọi thách thức, nhưng đánh dấu bước tiến quan trọng khi chứng minh khả năng dùng điện hóa để tăng tỷ lệ phản ứng, dù khiêm tốn.
Tầm ảnh hưởng đối với thị trường Việt Nam
Việt Nam đang từng bước đẩy mạnh nghiên cứu năng lượng sạch để đảm bảo an ninh năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính. Ứng dụng mô hình Thunderbird Reactor có thể giúp các viện, trường đại học và thậm chí các doanh nghiệp khởi nghiệp tại Việt Nam dễ dàng tiếp cận và thực hiện các thí nghiệm nhiệt hạch ở quy mô nhỏ. Điều này không chỉ giảm chi phí đầu tư ban đầu, khi không cần hall thử plasma cỡ lớn, mà còn thúc đẩy hợp tác liên phòng thí nghiệm, chia sẻ dữ liệu và đẩy nhanh tiến độ nghiên cứu. Hơn nữa, phương pháp điện hóa kết hợp plasma mở ra nhiều hướng phát triển công nghệ vật liệu và năng lượng tái tạo, phù hợp với định hướng chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh và công nghiệp hóa. Trên cơ sở đó, Việt Nam có thể sớm đặt nền tảng cho các dự án năng lượng nhiệt hạch giai đoạn tiếp theo, đồng thời đào tạo lực lượng chuyên môn cao, tạo lợi thế cạnh tranh trong chuỗi giá trị năng lượng toàn cầu.
