Cambridge Heavy Industries âm thầm phát triển thiết bị nhiệt hạch để bàn

Nhiệt hạch (fusion) thường gợi lên hình ảnh những cơ sở công nghiệp khổng lồ với laser hoặc nam châm cỡ lớn. Nhưng một startup tại Cambridge, Massachusetts lại đang âm thầm chế tạo thiết bị có thể đặt vừa trên một chiếc bàn.

Cambridge Heavy Industries đang hoạt động trong chế độ kín tiếng tại một phòng thí nghiệm nhỏ gần MIT. Yun Kai, đồng sáng lập kiêm CEO, đã cho TechCrunch xem qua công nghệ mà công ty đang phát triển, với hệ thống quang học hiển thị ngay phía sau ông trong cuộc gọi video.

Thiết kế nhỏ gọn, thử nghiệm nhanh

Theo Kai, công ty cố tình xây dựng một lò phản ứng mô-đun nhỏ, chỉ cỡ bàn thí nghiệm.

"Vì nó nhỏ, mọi thứ trở nên dễ dàng hơn."

Kích thước nhỏ cho phép Cambridge Heavy thử nghiệm và lặp lại nhanh chóng. Kai cho biết thiết bị có thể thực hiện 50 đến 80 lần bắn mỗi ngày. Dữ liệu từ các thí nghiệm này sẽ được đưa vào mô phỏng sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa thiết kế.

Cách tiếp cận linh hoạt này đã thu hút sự chú ý của nhà đầu tư. Startup gần đây đã huy động được 6,2 triệu USD vòng hạt giống (seed round), do Azolla Ventures dẫn dắt, cùng sự tham gia của Overlay, Neta Foundation, P3A, MassCEC và gia đình Rothrock.

Công nghệ laser tinh giản

Lò phản ứng nhiệt hạch của Cambridge Heavy sử dụng laser để nén một viên nhiên liệu, tương tự thí nghiệm đột phá từng chứng minh phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ.

Điểm khác biệt nằm ở chỗ thiết kế này giảm thiểu số lượng laser cần thiết để kích hoạt nhiệt hạch so với các thiết kế giam giữ quán tính khác.

Hệ thống dùng hai laser chính để kích hoạt. Một laser được chia thành nhiều tia, chiếu sáng theo các vòng đồng tâm. Các vòng laser này được định thời để đập vào viên nhiên liệu phẳng, tròn theo thứ tự từ ngoài vào trong. Vòng đầu tiên khởi tạo sóng nén lan vào trong. Các vòng laser tiếp theo được định thời để tăng cường sóng nén đúng thời điểm, nén nhiên liệu thêm.

Khi sóng xung kích chạm tới tâm viên nhiên liệu, một laser bắn vào mục tiêu, sinh nhiệt và tạo ra từ trường. Với áp suất và nhiệt độ phù hợp, phản ứng nhiệt hạch xảy ra.

Kai cho biết thiết kế của Cambridge Heavy tạo ra áp suất cao với công suất laser tương đối thấp. Ý tưởng này xuất phát từ phòng thí nghiệm của Keith Nelson, nhà hóa học tại MIT, nơi các nhà nghiên cứu dùng xung laser để nghiên cứu vật liệu trong điều kiện cực hạn. Khi tăng áp suất, họ nhận ra mình đang tiến gần đến điều kiện sẵn sàng cho nhiệt hạch.

Lộ trình hướng tới nhà máy điện

Trong khoảng một thập kỷ tới, Cambridge Heavy dự kiến phát triển một nhà máy điện từ khái niệm này, dù cần mở rộng quy mô thiết kế. Nhà máy sẽ lớn hơn nguyên mẫu để bàn hiện tại, nhưng không quá lớn so với các nhà máy nhiệt hạch khác.

Theo Kai, nhà máy sẽ có kích thước khoảng hai sân bóng rổ, và sẽ kiểm tra liệu phương pháp này có thể tạo ra đủ năng lượng để vận hành một nhà máy điện hay không.

Nguồn thu từ triti

Trước khi đạt được cột mốc đó, Cambridge Heavy dự định dùng các thiết bị quy mô nhỏ hơn để sản xuất triti, một đồng vị hiếm của hydro mà gần như mọi nhà máy nhiệt hạch đang được phát triển ngày nay đều cần đến.

Triti hiện có giá khoảng 30.000 USD mỗi gram. Mỗi nhà máy điện không cần nhiều triti — chỉ khoảng vài gram mỗi năm — nhưng chất này cực kỳ khan hiếm, với chỉ khoảng 40 kg tồn tại trên toàn thế giới.

Một nghiên cứu gần đây dự đoán rằng nếu không có nguồn cung mới, ngành điện nhiệt hạch sẽ thiếu hụt khoảng 28 kg vào năm 2054. Với giá hiện tại, lượng đó tương đương khoảng 840 triệu USD.

Các startup nhiệt hạch đang thiết kế hệ thống nhiên liệu để lò phản ứng gần như tự chủ về nguồn triti, dù có thể cần bổ sung định kỳ. Tuy nhiên, quá trình đó có thể mất tới 10 năm, theo Kai — mang lại cho Cambridge Heavy nhiều năm tiềm năng doanh thu trong lúc theo đuổi mục tiêu nhà máy điện nhiệt hạch.

Với cách tiếp cận nhỏ gọn, tận dụng AI và chiến lược thương mại hóa triti, Cambridge Heavy Industries đang vẽ ra một con đường khác biệt so với các ông lớn trong cuộc đua nhiệt hạch.