Phản ứng tổng hợp hạt nhân là cách tạo ra năng lượng giống như các vì sao: hợp nhất những hạt nhân hydro nhẹ thành heli. Nhiên liệu cần cực ít, không thải ra CO₂, cũng không có chất thải phóng xạ hoạt độ cao tồn tại lâu dài. Với nhân loại, đây là cơ hội có được nguồn năng lượng gần như vô tận, với doanh nghiệp hôm nay — tầm nhìn chiến lược: những nhà máy đầu tiên sẽ không sớm hơn cuối thập kỷ này, còn hiện tại đây là các phòng thí nghiệm và công trường.
Cách hoạt động
Các hạt nhân hydro mang điện tích cùng dấu và đẩy nhau. Để chúng hợp nhất, cần cho chúng va vào nhau với tốc độ cực lớn — tức là nung khí lên đến cỡ trăm triệu độ. Ở nhiệt độ đó, vật chất trở thành plasma: electron tách khỏi hạt nhân. Thường dùng các đồng vị nặng của hydro — deuteri và triti. Khi hợp nhất, chúng tạo ra một hạt nhân heli và một neutron nhanh, còn phần chênh lệch khối lượng biến thành năng lượng theo công thức E = mc² — nhiều hơn hàng triệu lần so với khi đốt cùng một lượng nhiên liệu.
Không bức tường nào chịu nổi hàng trăm triệu độ, nên plasma được giữ bằng từ trường. Tokamak là chiếc bánh donut làm từ nam châm: các hạt mang điện chạy vòng tròn dọc theo đường sức từ và không chạm vào thành. Nam châm siêu dẫn được làm lạnh gần tới độ không tuyệt đối, trong khi cách đó vài mét, plasma cháy nóng hơn cả tâm Mặt Trời. Tokamak EAST của Trung Quốc đã giữ plasma trong 1.066 giây, còn ở SPARC, người ta đang lắp nam châm để có plasma đầu tiên vào năm 2027.
Câu hỏi chính là năng lượng ròng: thiết bị phải tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu tốn cho việc nung nóng và nam châm. Năng lượng do neutron mang đi: chúng bay ra khỏi plasma, đập vào lớp vỏ bọc (blanket) và làm nóng nó, tiếp theo là hơi nước và tua-bin quen thuộc. Cũng trong lớp vỏ bọc chứa lithium đó, người ta sẽ tạo ra triti, vì trong tự nhiên gần như không có nó. Vật liệu dưới dòng neutron bị lão hóa, và các kỹ sư vẫn còn phải chứng minh rằng nhà máy sẽ hoạt động được nhiều năm chứ không phải vài phút.
Đã được ứng dụng ở đâu
- Tokamak EAST của Trung Quốc: plasma 1.066 giây, tháng 1/2025.
- SPARC: plasma đầu tiên dự kiến vào năm 2027, năng lượng ròng — muộn hơn.
- Tokamak BEST của Trung Quốc đang được xây để hoàn thành vào năm 2027.
- Helion dự định cung cấp điện nhiệt hạch cho Microsoft vào năm 2028 — độ tin cậy thấp.
Cần lưu ý
- Điện từ phản ứng tổng hợp hạt nhân hiện chưa có trên lưới: những nhà máy đầu tiên — không sớm hơn cuối thập kỷ này.
- Mốc thời gian của các công ty là kế hoạch với độ tin cậy trung bình và thấp, không phải lịch giao hàng.
- Lượng lớn điện nhiệt hạch trên lưới vào năm 2035 — độ tin cậy thấp.
- Năng lượng cho hôm nay — điện mặt trời, hệ thống lưu trữ năng lượng và địa nhiệt; nhiệt hạch là tầm nhìn chiến lược.