Lò phản ứng hợp hạch hiện đại
- OFREZH EDITOR
- 22 thg 6
- 10 phút đọc
Trong những năm gần đây, năng lượng hợp hạch, hay còn gọi là nhiệt hạch, đã chuyển từ một chủ đề bị chế giễu, một giấc mơ xa vời, đôi khi được dùng để lừa gạt cộng đồng khoa học, trở thành một công nghệ ngày càng hữu hình, có thể thành công và vô cùng hấp dẫn, thu hút các nhà đầu tư.
Công nghệ này vẫn còn rất còn nhiều thách thức trong việc làm chủ kỹ thuật, và chi phí xây dựng tốn kém ở thời điểm hiện tại, nhưng năng lượng hợp hạch hứa hẹn khai thác thứ phản ứng hạt nhân đã cung cấp năng lượng cho mặt trời, để tạo ra nguồn năng lượng gần như vô tận trên Trái Đất. Nếu các startup có thể hoàn thành các nhà máy điện hợp hạch khả thi về mặt thương mại, họ có tiềm năng làm thay đổi những thị trường trị giá hàng nghìn tỷ USD.
Sóng đầu tư tăng trưởng mạnh mẽ trong ngành năng lượng hợp hạch được thúc đẩy bởi ba tiến bộ: Chip máy tính mạnh mẽ hơn, trí tuệ nhân tạo tinh vi hơn và nam châm siêu dẫn ở nhiệt độ cao. Kết hợp những yếu tố đó, chúng đã giúp mang lại các thiết kế lò phản ứng phức tạp hơn, mô phỏng tốt hơn và các lược đồ điều khiển phức tạp hơn.
Tuyệt vời hơn cả, là sự kiện diễn ra vào cuối năm 2022, một phòng thí nghiệm trực thuộc Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ thông báo rằng họ đã tạo ra phản ứng hợp hạch có kiểm soát, sản xuất nhiều năng lượng hơn so với laser cung cấp cho viên nhiên liệu. Thí nghiệm năm 2022 này đã giúp vượt qua điều mà các nhà nghiên cứu gọi là “điểm hòa vốn về mặt khoa học”. Mặc dù vẫn còn một chặng đường dài để đạt được điểm hòa vốn về mặt thương mại, nơi phản ứng tạo ra nhiều năng lượng hơn tổng mức tiêu thụ của toàn bộ lò phản ứng, đây là một bước tiến quan trọng, chứng minh tính đúng đắn của các nguyên tắc khoa học cơ bản.
Các nhà sáng lập đã xây dựng dựa trên động lực này trong những năm gần đây, thúc đẩy ngành công nghiệp hợp hạch tư nhân phát triển với tốc độ nhanh chóng. Anh em sẽ bất ngờ khi danh sách những startup đang nghiên cứu công nghệ lò phản ứng nhiệt hạch đã gom được trên 100 triệu USD tiền vốn trên toàn thế giới giờ nhiều đến mức nào:
Commonwealth Fusion Systems (CFS)
Với vòng gọi vốn Series B thu về 1.8 tỷ USD, Commonwealth Fusion Systems đã vươn lên vị trí dẫn đầu vào năm 2021. Kể từ đó, công ty khá kín tiếng về việc gây quỹ (không có gì đáng ngạc nhiên), nhưng các kỹ sư tại đây đã làm việc chăm chỉ ở Massachusetts để xây dựng Sparc, một nhà máy điện hạt nhân độc đáo được thiết kế để sản xuất năng lượng ở mức mà họ gọi là “phù hợp với mục đích thương mại”.
Lò phản ứng Sparc sử dụng thiết kế tokamak được bắt đầu nghiên cứu từ giữa thập niên 1950 tại Liên Xô, có hình dạng giống như một chiếc bánh donut. Mặt cắt được quấn bằng băng siêu dẫn nhiệt độ cao, khi được cấp điện sẽ tạo ra một từ trường mạnh mẽ để giữ và nén plasma nhiệt độ siêu nóng.
Trong lò phản ứng tên là Arc, phiên bản quy mô thương mại của Sparc, nhiệt sinh ra từ phản ứng hợp hạch được chuyển đổi thành hơi nước để chạy tua bin. CFS đã thiết kế nam châm của mình với sự hợp tác của MIT, nơi đồng sáng lập và CEO Bob Mumgaard từng làm việc như một nhà nghiên cứu về thiết kế lò phản ứng hợp hạch và siêu dẫn nhiệt độ cao.
Nhờ sự hỗ trợ tài chính từ Breakthrough Energy Ventures, The Engine, Bill Gates và những cá nhân và đơn vị khác, CFS có trụ sở tại Devens, Massachusetts, dự kiến sẽ đưa Arc vào hoạt động trong đầu những năm 2030. Công ty đã huy động được tổng cộng 2 tỷ USD, theo PitchBook.
Quảng cáo
TAE Technologies
Được thành lập vào năm 1998, TAE Technologies (trước đây là Tri Alpha Energy) được tách ra từ Đại học California, Irvine bởi Norman Rostoker. Nó sử dụng cấu hình trường đảo ngược, nhưng với một điểm khác biệt: Sau khi hai luồng plasma va chạm ở giữa lò phản ứng, công ty bắn các chùm hạt vào plasma để giữ cho nó quay trong hình dạng trụ dọc.
Điều này cải thiện độ ổn định của plasma, cho phép thời gian dài hơn cho phản ứng hợp hạch xảy ra và nhiều nhiệt hơn được chiết xuất để chạy tua bin.
Công ty đã huy động 150 triệu đô la vào tháng 6 từ các nhà đầu tư hiện tại, bao gồm Google, Chevron và New Enterprise. TAE đã huy động tổng cộng 1,79 tỷ đô la, theo PitchBook.
Helion
Trong số tất cả các startup về năng lượng hợp hạch, Helion có thời gian biểu tham vọng nhất. Công ty dự kiến sẽ sản xuất điện từ lò phản ứng của mình vào năm 2028. Khách hàng đầu tiên của họ chính là Microsoft.
Helion, có trụ sở tại Everett, Washington, sử dụng một loại lò phản ứng được gọi là cấu hình trường đảo ngược, trong đó nam châm bao quanh buồng phản ứng trông giống như một quả lóng với phần phình ở điểm hai bên gặp nhau.
[IMG]
Ở mỗi đầu của quả lóng, họ xoay plasma thành các hình tròn donut và bắn chúng vào nhau với tốc độ hơn 1.6 triệu km/h. Khi chúng va chạm ở giữa, nam châm bổ sung giúp gây ra phản ứng hợp hạch. Khi phản ứng hợp hạch xảy ra, nó tăng cường từ trường của chính plasma, tạo ra dòng điện bên trong cuộn dây từ của lò phản ứng. Điện năng đó sau đó được khai thác trực tiếp từ máy móc.
Công ty đã huy động 425 triệu USD tiền vốn vào tháng 1 năm 2025, trùng với thời điểm họ khởi động Polaris, một lò phản ứng thử nghiệm. Helion đã huy động tổng cộng 1.03 tỷ USD, theo PitchBook. Các nhà đầu tư đã rót tiền cho Helion bao gồm Sam Altman, Reid Hoffman, KKR, BlackRock, Peter Thiel’s Mithril Capital Management và Capricorn Investment Group.
Pacific Fusion
Pacific Fusion đã tạo ra một cú đột phá với vòng gọi vốn Series A trị giá 900 triệu USD, một con số khổng lồ. Công ty sẽ sử dụng giam giữ quán tính để đạt được phản ứng hợp hạch, nhưng thay vì laser nén nhiên liệu, nó sẽ sử dụng xung điện từ phối hợp. Mấu chốt là thời gian: Tất cả 156 máy phát Marx phù hợp về trở kháng cần phải sản xuất 2 terawatt trong 100 nanosecond và các xung này cần hội tụ đồng thời vào mục tiêu.
Công ty do CEO Eric Lander, nhà khoa học đã từng dẫn đầu Dự án Giải mã Genome Con người, và Chủ tịch Will Regan lãnh đạo. Nguồn tài trợ của Pacific Fusion có thể rất lớn, nhưng startup chưa nhận được tất cả số vốn cùng một lúc. Thay vào đó, các nhà đầu tư sẽ trả tiền theo từng đợt khi công ty đạt được các cột mốc quan trọng đã chỉ định, một cách tiếp cận phổ biến trong lĩnh vực công nghệ sinh học.
Shine Technologies
Shine Technologies đang áp dụng một cách tiếp cận thận trọng, và có thể thực tế hơn, để tạo ra năng lượng nhiệt hạch. Bán điện từ một nhà máy điện nhiệt hạch còn lâu mới xảy ra, vì vậy thay vào đó, nó bắt đầu bằng việc bán thử nghiệm neutron và đồng vị phục vụ trong ngành y tế. Gần đây, nó đã phát triển ra một cách để tái chế chất thải phóng xạ. Shine chưa chọn một phương pháp cho một lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai, thay vào đó nói rằng nó đang phát triển các kỹ năng cần thiết khi thời điểm đó đến.
Công ty đã huy động được tổng cộng 778 triệu USD, theo PitchBook. Các nhà đầu tư bao gồm Energy Ventures Group, Koch Disruptive Technologies, Nucleation Capital và Wisconsin Alumni Research Foundation.
General Fusion
Bước sang thập kỷ thứ ba tồn tại, General Fusion đã huy động được 440.53 triệu USD, theo PitchBook. Công ty có trụ sở tại Richmond, British Columbia, được thành lập vào năm 2002 bởi nhà vật lý Michel Laberge, người muốn chứng minh một cách tiếp cận khác đối với nhiệt hạch được gọi là hợp nhất mục tiêu từ tính (MTF). Các nhà đầu tư bao gồm Jeff Bezos, Temasek, BDC Capital và Chrysalix Venture Capital.
Trong lò phản ứng của General Fusion, một bức tường kim loại lỏng bao quanh một buồng trong đó plasma được tiêm vào. Các pít-tông xung quanh bức tường đẩy nó ra bên trong, nén plasma bên trong và kích hoạt phản ứng nhiệt hạch. Các neutron tạo ra sẽ làm nóng kim loại lỏng, có thể được lưu thông qua bộ trao đổi nhiệt để tạo hơi nước vận hành tua bin phát điện.
General Fusion gặp một số khó khăn vào mùa xuân năm 2025. Công ty thiếu tiền mặt khi đang xây dựng LM26, thiết bị mới nhất của nó mà nó hy vọng sẽ đạt đến điểm hòa vốn vào năm 2026. Chỉ vài ngày sau khi đạt được một cột mốc quan trọng, công ty đã sa thải 25% nhân viên.
Tokamak Energy
Tokamak Energy lấy thiết kế lò phản ứng tokamak thông thường – hình tròn donut – và bóp nó lại, giảm tỷ lệ khía cạnh của nó đến mức các ranh giới bên ngoài bắt đầu giống như một quả cầu. Giống như nhiều công ty khởi nghiệp dựa trên tokamak khác, công ty sử dụng nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao (loại oxit đồng cobalt barium hiếm, hoặc REBCO). Vì thiết kế của nó nhỏ gọn hơn so với lò phản ứng tokamak truyền thống, nên nó cần ít nam châm hơn, điều này sẽ giúp giảm chi phí.
Startup có trụ sở tại Oxfordshire, Vương quốc Anh, đã tạo ra plasma siêu nóng 100 triệu độ C vào năm 2022 bằng nguyên mẫu ST40 của mình. Thế hệ tiếp theo của nó, Demo 4, hiện đang được xây dựng và dự kiến sẽ kiểm tra nam châm của công ty trong “các kịch bản liên quan đến nhà máy điện nhiệt hạch”. Tokamak Energy đã huy động 125 triệu đô la vào tháng 11 năm 2024 để tiếp tục nỗ lực thiết kế lò phản ứng và mở rộng hoạt động kinh doanh nam châm của mình.
Tổng cộng, công ty đã huy động được 336 triệu USD từ các nhà đầu tư bao gồm Future Planet Capital, In-Q-Tel, Midven và người sáng lập Capri-Sun Hans-Peter Wild, theo PitchBook.
Zap Energy
Zap Energy không sử dụng nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao hoặc laser cực mạnh để giữ plasma của nó. Thay vào đó, nó bắn luồng plasma bằng một dòng điện, sau đó tạo ra từ trường riêng của nó. Từ trường này nén plasma khoảng 1 milimet, tại thời điểm đó xảy ra đốt cháy. Các neutron được giải phóng bởi phản ứng nhiệt hạch tấn công một lớp phủ kim loại lỏng bao quanh lò phản ứng, làm nóng nó lên. Kim loại lỏng sau đó được lưu thông qua bộ trao đổi nhiệt, nơi nó tạo ra hơi nước để chạy tua bin phát điện.
Giống như Helion, Zap Energy có trụ sở tại Everett, Washington và công ty đã huy động được 327 triệu USD, theo PitchBook. Các nhà tài trợ bao gồm Breakthrough Energy Ventures của Bill Gates, DCVC, Lowercarbon, Energy Impact Partners, Chevron Technology Ventures.
Proxima Fusion
Hầu hết các nhà đầu tư đã ưu ái các startup lớn đang theo đuổi thiết kế tokamak hoặc một giải pháp giam giữ quán tính. Nhưng stellarator đã cho thấy nhiều hứa hẹn trong các thí nghiệm khoa học, bao gồm cả lò phản ứng Wendelstein 7-X ở Đức.
Proxima Fusion đi ngược lại xu hướng này, mặc dù đã thu hút được vòng gọi vốn series A trị giá 130 triệu Euro, mang tổng số tiền startup này đã huy động được lên mức hơn 185 triệu Euro. Các nhà đầu tư bao gồm Balderton Capital và Cherry Ventures.
Stellarator tương tự như thiết kế lò tokamak ở chỗ, chúng giam giữ plasma trong một hình dạng giống vòng bằng cách sử dụng nam châm mạnh mẽ. Nhưng chúng làm điều đó với một sự khác biệt – theo nghĩa đen. Thay vì buộc plasma vào một vòng được thiết kế bởi con người, stellarator xoắn và phình lên để phù hợp với những đặc điểm kỳ lạ của plasma. Kết quả là plasma sẽ ổn định hơn trong thời gian dài hơn, tăng cơ hội xảy ra phản ứng nhiệt hạch.
Marvel Fusion
Marvel Fusion theo đuổi phương pháp giam quán tính, kỹ thuật cơ bản tương tự như cách Phòng thí nghiệm Quốc gia về Bức xạ (National Ignition Facility) đã sử dụng để chứng minh rằng các phản ứng nhiệt hạch hạt nhân được kiểm soát có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức năng lượng cần thiết để kích hoạt phản ứng hợp hạch. Marvel bắn laser cường độ mạnh vào một mục tiêu nhúng cấu trúc nano silicon, thứ sẽ bị phá vỡ, nén nhiên liệu đến điểm đốt cháy. Bởi vì mục tiêu để laser đốt được làm từ silicon, nó sẽ tương đối đơn giản để sản xuất, dựa trên nhiều thập kỷ kinh nghiệm của ngành công nghiệp bán dẫn.
Startup nghiên cứu lò phản ứng nhiệt hạch quán tính này đang xây dựng một cơ sở trình diễn hợp tác với Đại học Colorado, dự kiến sẽ đưa vào hoạt động vào năm 2027. Marvel có trụ sở tại Munich đã huy động được tổng cộng 161 triệu USD từ các nhà đầu tư bao gồm b2venture, Deutsche Telekom, Earlybird, HV Capital và Taavet Hinrikus và Albert Wenger.
First Light
First Light đã từ bỏ việc theo đuổi năng lượng nhiệt hạch vào tháng 3 năm 2025, chuyển hướng trở thành nhà cung cấp công nghệ cho các startup nhiệt hạch khác và các công ty khác. Startup này trước đây đã theo đuổi một phương pháp được gọi là giam quán tính, trong đó các viên nhiên liệu nhiệt hạch bị nén cho đến khi chúng bùng cháy.
First Light, có trụ sở tại Oxfordshire, Vương quốc Anh, đã huy động được 140 triệu USD, theo PitchBook, từ các nhà đầu tư bao gồm Invesco, IP Group và Tencent.
Xcimer
Mặc dù không có gì về nhiệt hạch có thể được mô tả là đơn giản, Xcimer tiếp cận một cách tương đối thẳng thắn: Tuân theo khoa học cơ bản đằng sau đột phá của National Ignition Facility, và thiết kế lại thứ công nghệ tạo ra đột phá ấy. Startup có trụ sở tại Colorado đang nhắm đến hệ thống laser 10 megajoule, mạnh hơn 5 lần so với thử nghiệm của NIF. Các bức tường muối nóng chảy bao quanh buồng phản ứng, hấp thụ nhiệt và bảo vệ bức tường rắn đầu tiên khỏi hư hỏng.
留言