Các nhà nghiên cứu đã sử dụng sóng Alfvén để làm suy giảm các electron chạy trốn trong các thiết bị nhiệt hạch tokamak, mang lại những ý nghĩa quan trọng cho các dự án năng lượng nhiệt hạch trong tương lai, bao gồm cả ITER ở Pháp.

Các nhà khoa học đứng đầu là Zhang Liu thuộc Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma của Princeton (PPPL) đã tiết lộ một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để giảm thiểu thiệt hại của các electron chạy trốn do nhiễu loạn trong các thiết bị nhiệt hạch tokamak. Chìa khóa của cách tiếp cận này là khai thác một thể loại độc đáo huyết tương Một làn sóng được đặt theo tên của nhà vật lý thiên văn Hans Alvvén, người đoạt giải Nobel năm 1970.

Sóng Alfvén từ lâu đã được biết đến với khả năng nới lỏng sự giam giữ các hạt năng lượng cao trong lò phản ứng tokamak, cho phép một số thoát ra ngoài và làm giảm hiệu suất của các thiết bị hình bánh rán. Tuy nhiên, những phát hiện mới của Zhang Liu và các nhà nghiên cứu tại General Atomics, Đại học Columbia và PPPL đã tiết lộ những kết quả hữu ích trong trường hợp các electron chạy trốn.

Quy trình vòng tròn lớn

Các nhà khoa học nhận thấy việc nới lỏng như vậy có thể làm phân tán hoặc phân tán các electron năng lượng cao trước khi chúng biến thành tuyết lở làm hư hỏng các bộ phận của tokamak. Quá trình này được xác định là có tính vòng tròn đáng chú ý: những kẻ trốn thoát tạo ra sự bất ổn làm phát sinh các sóng Alfvén ngăn cản hình thành trận tuyết lở.

Liu, nhà nghiên cứu tại PPPL và là tác giả chính của một bài báo nêu chi tiết các phát hiện, cho biết: “Những phát hiện này cung cấp lời giải thích toàn diện cho việc quan sát trực tiếp sóng Alfvén trong các thí nghiệm khử hoạt tính”. Thư đánh giá thể chất. “Kết quả chứng minh mối liên hệ rõ ràng giữa các mô hình này và việc tạo ra các electron chạy trốn.”

Thường Lưu. Tín dụng: Elle Starkman

Các nhà nghiên cứu đã suy luận ra một lý thuyết về mạch quan sát được của những tương tác này. Các kết quả rất phù hợp với những con trốn thoát trong các thí nghiệm được thực hiện tại Cơ sở Hợp nhất Quốc gia DIII-D, một tokamak của Bộ Năng lượng do General Atomics vận hành cho Văn phòng Khoa học. Các cuộc thử nghiệm lý thuyết này cũng đã được chứng minh là tích cực trên siêu máy tính Summit đặt tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge.

Felix Parra Diaz, người đứng đầu Khoa Lý thuyết tại PPPL, cho biết: “Công trình của Zhang Liu cho thấy kích thước của nhóm electron thoát ra có thể được kiểm soát bởi sự mất ổn định do chính các electron thoát ra gây ra”. “Nghiên cứu của anh ấy rất thú vị vì nó có thể dẫn đến các thiết kế tokamak có khả năng giảm thiểu thiệt hại của electron chạy trốn một cách tự nhiên thông qua sự mất ổn định vốn có.”

Làm nguội bằng nhiệt

Sự hỗn loạn bắt đầu với sự giảm mạnh nhiệt độ hàng triệu độ cần thiết cho các phản ứng nhiệt hạch. Những giọt này, được gọi là “dập tắt nhiệt”, giải phóng các trận lở đất tương tự như lở đất do động đất gây ra. Liu nói: “Kiểm soát sự hỗn loạn là một thách thức lớn cho sự thành công của tokamak”.

Phản ứng nhiệt hạch kết hợp các nguyên tố nhẹ ở dạng plasma – trạng thái nóng, tích điện của vật chất được tạo thành từ các electron tự do và hạt nhân nguyên tử gọi là ion – để giải phóng năng lượng khổng lồ cung cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao. Do đó, việc giảm thiểu nguy cơ nhiễu loạn và các electron chạy trốn sẽ mang lại lợi ích đặc biệt cho các cơ sở tokamak được thiết kế để tái tạo quy trình.

Do đó, việc giảm thiểu nguy cơ nhiễu loạn và các electron chạy trốn sẽ mang lại lợi ích đặc biệt cho các cơ sở tokamak được thiết kế để tái tạo quy trình.

Năng lượng nhiệt hạch hạt nhân có thể là nguồn năng lượng bền vững quan trọng để bổ sung cho các nguồn năng lượng tái tạo. Thí nghiệm nhiệt hạch lớn nhất thế giới, ITER, hiện đang được xây dựng ở Pháp. Tín dụng: ITER

Cách tiếp cận mới có thể có ý nghĩa đối với tiến độ của dự án ITER, một tokamak quốc tế đang được xây dựng ở Pháp nhằm chứng minh ứng dụng thực tế của năng lượng nhiệt hạch và có thể là một bước quan trọng trong việc phát triển các nhà máy điện nhiệt hạch.

Liu cho biết: “Phát hiện của chúng tôi mở đường cho việc tạo ra các chiến lược mới nhằm giảm thiểu các electron chạy trốn”. Hiện đang trong giai đoạn lập kế hoạch, đang có các chiến dịch thử nghiệm trong đó ba trung tâm nghiên cứu nhằm mục đích phát triển hơn nữa các kết quả đáng kinh ngạc.