Cách thức hoạt động của năng lượng nhiệt hạch và các startup theo đuổi nó

Cách thức hoạt động của năng lượng nhiệt hạch và các công ty khởi nghiệp theo đuổi nó

Trong nhiều thập kỷ, con người đã tìm cách khai thác sức mạnh của các vì sao để tạo ra điện ngay trên Trái đất. Và gần như trong suốt thời gian đó, việc đạt được mục tiêu đó dường như luôn chỉ còn cách một thập kỷ nữa. Giờ đây, hàng loạt các công ty khởi nghiệp đang tiến gần hơn bao giờ hết và đang gấp rút xây dựng các lò phản ứng nhiệt hạch có khả năng đưa điện lên lưới điện. Các công ty khởi nghiệp về nhiệt hạch đã thu hút hơn 10 tỷ đô la đầu tư, với hơn một tá công ty huy động được hơn 100 triệu đô la. Nhiều vòng tài trợ lớn đã kết thúc trong năm qua, với các nhà đầu tư bị thu hút vào ngành khi nhu cầu năng lượng từ các trung tâm dữ liệu tăng lên và khi các công ty khởi nghiệp về nhiệt hạch tiến gần hơn đến đích.

Về bản chất, năng lượng nhiệt hạch tìm cách sử dụng năng lượng giải phóng từ việc hợp nhất các nguyên tử để tạo ra điện. Con người đã biết cách hợp nhất các nguyên tử trong nhiều thập kỷ, từ bom hydro — một ví dụ về phản ứng tổng hợp hạt nhân không kiểm soát được — đến bất kỳ thiết bị nhiệt hạch vô số nào được xây dựng trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới. Các thiết bị nhiệt hạch thử nghiệm đã có thể kiểm soát phản ứng tổng hợp hạt nhân và một thiết bị đã có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để kích hoạt phản ứng. Nhưng không có thiết bị nào trong số đó có thể tạo ra đủ thặng dư để có thể xây dựng một nhà máy điện.

Để giải quyết vấn đề đó, các công ty khởi nghiệp về nhiệt hạch đang thử một số cách tiếp cận khác nhau. Các chuyên gia có ý kiến khác nhau về cách tiếp cận nào có cơ hội thành công tốt nhất, mặc dù ngành này vẫn còn sơ khai, vì vậy không có gì được đảm bảo. Dưới đây là một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về các cách tiếp cận chính để tạo ra năng lượng nhiệt hạch.

Techcrunch event San Francisco, CA | October 13-15, 2026

Giam giữ từ tính

Giam giữ từ tính là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất, sử dụng các trường từ mạnh để giam giữ plasma, một loại súp gồm các hạt siêu nóng là cốt lõi của thiết bị nhiệt hạch. Các nam châm phải cực kỳ mạnh mẽ. Ví dụ, Commonwealth Fusion Systems (CFS) đang lắp ráp các nam châm có thể tạo ra từ trường 20 tesla, mạnh hơn khoảng 13 lần so với máy MRI thông thường. Để xử lý lượng điện cần thiết, các nam châm được làm từ vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, vẫn cần được làm lạnh đến –253˚ C (–423˚ F) bằng helium lỏng. CFS hiện đang xây dựng một thiết bị trình diễn có tên là Sparc theo một tiến độ nhanh hơn nhiều ở Massachusetts. Công ty dự kiến sẽ bật nó vào cuối năm 2026 và nếu mọi việc suôn sẻ, nó sẽ bắt đầu xây dựng Arc, nhà máy điện quy mô thương mại của mình, ở Virginia vào năm 2027 hoặc 2028.

Có hai loại thiết bị nhiệt hạch chính sử dụng giam giữ từ tính: tokamak và stellarator. Tokamak lần đầu tiên được các nhà khoa học Liên Xô đưa ra giả thuyết vào những năm 1950 và kể từ đó, chúng đã được nghiên cứu rộng rãi. Tokamak có hai hình dạng cơ bản — một hình bánh rán có cấu hình hình chữ D và một hình cầu có một lỗ nhỏ ở giữa. Joint European Torus (JET) và ITER là hai tokamak thử nghiệm đáng chú ý; JET hoạt động ở Anh từ năm 1983 đến năm 2023, trong khi ITER dự kiến sẽ bắt đầu hoạt động ở Pháp vào cuối những năm 2030. Tokamak Energy có trụ sở tại Vương quốc Anh đang nghiên cứu thiết kế tokamak hình cầu. Máy thử nghiệm ST40 của nó hiện đang được nâng cấp.

Stellarator là loại thiết bị giam giữ từ tính chính còn lại. Chúng tương tự như tokamak ở chỗ chúng giữ cho plasma bị giam giữ bên trong một hình dạng giống như bánh rán. Nhưng không giống như các mặt hình học của tokamak, stellarator xoắn và quay. Hình dạng không đều được xác định bằng cách mô hình hóa hành vi của plasma và điều chỉnh từ trường để hoạt động với những đặc điểm kỳ lạ của nó thay vì ép nó vào một hình dạng thông thường. Wendelstein 7-X, một stellarator lớn với các cuộn dây siêu dẫn mô-đun do Viện Vật lý Plasma Max Planck vận hành, đã hoạt động ở Đức từ năm 2015. Một số công ty khởi nghiệp cũng đang phát triển stellarator của riêng họ, bao gồm Proxima Fusion, Renaissance Fusion, Thea Energy và Type One Energy.

Giam giữ quán tính

Cách tiếp cận chính còn lại đối với nhiệt hạch được gọi là giam giữ quán tính, nén các viên nhiên liệu cho đến khi các nguyên tử bên trong hợp nhất. Hầu hết các thiết kế giam giữ quán tính sử dụng các xung ánh sáng laser để nén các viên nhiên liệu. Một số chùm tia laser bắn cùng một lúc và các xung ánh sáng của chúng hội tụ trên viên nhiên liệu từ mọi góc độ đồng thời. Cho đến nay, giam giữ quán tính là cách tiếp cận duy nhất đã phá vỡ một cột mốc được gọi là điểm hòa vốn khoa học, đó là khi phản ứng giải phóng nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ. Các thí nghiệm đó đã diễn ra tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore ở California. Đáng chú ý, các phép đo để xác định điểm hòa vốn khoa học không bao gồm những thứ như điện cần thiết để cung cấp năng lượng cho cơ sở thử nghiệm. Tuy nhiên, gần một chục công ty khởi nghiệp nhận thấy đủ hứa hẹn trong việc giam giữ quán tính nên họ đang thiết kế các lò phản ứng xung quanh nó. Focused Energy, Inertia Enterprises, Marvel Fusion và Xcimer là một số ví dụ đáng chú ý sử dụng laser. Có hai công ty không sử dụng laser: First Light Fusion, công ty đề xuất sử dụng piston và Pacific Fusion, công ty có kế hoạch sử dụng xung điện từ thay vì laser.