Thành phố Thượng Hải nhộn nhịp đánh dấu các lễ kỷ niệm quốc gia bằng những chương trình biểu diễn ánh sáng nổi tiếng thế giới, thắp sáng các tòa nhà chọc trời bằng những màu sắc rực rỡ.

Đây là nơi các nhà khoa học và kỹ sư làm việc suốt ngày đêm để theo đuổi mục tiêu lớn tiếp theo trong công nghệ toàn cầu, từ internet 6G và AI tiên tiến đến robot thế hệ tiếp theo. Cũng tại đây, một công ty khởi nghiệp nhỏ có tên Energy Singularity đang nghiên cứu một thứ phi thường: năng lượng nhiệt hạch.

Năng lượng nhiệt hạch là năng lượng sinh ra trong phản ứng tổng hợp hạt nhân. Nó ngược với phản ứng phân hạch được sử dụng trong các lò phản ứng điện hạt nhân hoặc vũ khí nguyên tử hiện nay.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân, quá trình cung cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao khác, rất khó để tái tạo trên Trái đất. Nhiều quốc gia đã đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân, nhưng việc duy trì chúng đủ lâu để sử dụng trong thế giới thực vẫn còn khó nắm bắt.

Một phản ứng tổng hợp hạt nhân được kiểm soát giải phóng năng lượng nhiều hơn khoảng 4 triệu lần so với việc đốt than, dầu hoặc khí đốt, và nhiều hơn 4 lần so với phân hạch, loại năng lượng hạt nhân được sử dụng ngày nay. Nó sẽ không được phát triển kịp thời để chống lại biến đổi khí hậu trong thập kỷ này, nhưng nó có thể là giải pháp cho tình trạng nóng lên trong tương lai.

Theo Jean Paul Allain, người đứng đầu Văn phòng Khoa học Năng lượng Nhiệt hạch thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, chính phủ Trung Quốc đang đổ tiền vào dự án này, ước tính đầu tư từ 1 tỷ đến 1,5 tỷ USD hàng năm vào nhiệt hạch. Để so sánh, chính quyền Mỹ đã chi khoảng 800 triệu USD mỗi năm.

Các doanh nghiệp tư nhân ở cả hai nước đều lạc quan khi cho biết họ có thể đưa điện nhiệt hạch vào lưới điện vào giữa những năm 2030, bất chấp những thách thức kỹ thuật to lớn vẫn còn tồn tại.

"Mặt trời nhân tạo" tokamak

Phản ứng tổng hợp hạt nhân là một quá trình cực kỳ phức tạp liên quan đến việc ép hai hạt nhân thường đẩy nhau. Một cách để thực hiện điều đó là tăng nhiệt độ trong lò tokamak lên tới 150 triệu độ C, gấp 10 lần nhiệt độ lõi mặt trời.

Khi liên kết, các hạt nhân giải phóng một lượng lớn năng lượng dưới dạng nhiệt, sau đó có thể được sử dụng để quay tua-bin và tạo ra điện.

Energy Singularity, công ty khởi nghiệp ở Thượng Hải, đã xây dựng lò tokamak của riêng mình trong ba năm kể từ khi thành lập, nhanh hơn bất kỳ lò phản ứng nào từng được xây dựng. Tokamak là một cỗ máy hình trụ hoặc hình xuyến cực kỳ phức tạp, làm nóng hydro đến nhiệt độ cực cao, tạo thành plasma trong đó xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Energy Singularity đã nhận được hơn 112 triệu USD đầu tư tư nhân và cũng đạt được thành tích đầu tiên trên thế giới: lò tokamak hiện tại của công ty là lò tokamak duy nhất sử dụng nam châm tiên tiến trong thí nghiệm plasma.

Được gọi là siêu dẫn nhiệt độ cao, nam châm này mạnh hơn nam châm đồng được sử dụng trong tokamak cũ, cho phép các tokamak nhỏ hơn có thể tạo ra nhiều năng lượng nhiệt hạch như các tokamak lớn và chúng có thể hạn chế plasma tốt hơn.

Công ty cho biết họ đang có kế hoạch xây dựng lò tokamak thế hệ thứ hai để chứng minh phương pháp của mình có tính khả thi về mặt thương mại vào năm 2027 và kỳ vọng sẽ có thiết bị thế hệ thứ ba có thể cung cấp điện cho lưới điện trước năm 2035.

Với số tiền mà Trung Quốc đang đầu tư vào nghiên cứu, khái niệm tokamak đang phát triển nhanh chóng. Tokamak EAST của Trung Quốc tại Hợp Phì đã giữ plasma ổn định ở nhiệt độ 70 triệu độ C, nóng hơn 5 lần so với lõi Mặt trời, trong hơn 17 phút, một kỷ lục thế giới và là một bước đột phá đáng kinh ngạc.

Công nghệ tia laser

Trong khi Trung Quốc đang chạy đua với lò tokamak, Mỹ lại đang tìm ra lợi thế trong công nghệ khác: tia laser.

Vào cuối năm 2022, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở California đã bắn gần 200 tia laser vào một xi lanh chứa viên nang nhiên liệu có kích thước bằng hạt tiêu, thí nghiệm thành công đầu tiên trên thế giới tạo ra năng lượng nhiệt hạch ròng. Năng lượng thoát ra từ quá trình này lớn hơn năng lượng được sử dụng để làm nóng viên nang.

Vẫn còn nhiều cách khác để đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân và Mỹ đang đặt cược vào nhiều công nghệ khác nhau.

Nhà vật lý plasma Melanie Windridge tại Anh cho biết: "Có thể không chỉ có một cách và chúng tôi không biết chính xác cách nào tốt nhất" để tiếp cận năng lượng nhiệt hạch. Bà nói điều đó phụ thuộc vào chi phí và các yếu tố khác trong dài hạn, nhưng khẳng định tokamak là khái niệm được nghiên cứu tốt nhất.

Trong khi Chính phủ Trung Quốc đổ tiền vào nhiệt hạch, Mỹ đã thu hút được nhiều đầu tư tư nhân hơn. Trên toàn cầu, khu vực tư nhân đã chi 7 tỷ USD cho nhiệt hạch trong 3 - 4 năm qua, trong đó khoảng 80% là của các công ty Mỹ, theo Allain cho biết.

Nhưng nếu Chính phủ Trung Quốc tiếp tục đầu tư hơn 1 tỷ USD mỗi năm, con số này có thể sớm vượt qua chi tiêu của Mỹ, ngay cả trong khu vực tư nhân.

Và nếu những khoản đầu tư đó thành công, những lễ kỷ niệm đầy màu sắc ở Thượng Hải sẽ mang đến một diện mạo hoàn toàn mới cho Trung Quốc.

Hoài Phương (theo CNN)