Trong thế giới năng lượng tái tạo, có lẽ không có mục tiêu nào tham vọng hơn năng lượng nhiệt hạch. Điều này liên quan đến việc hợp nhất các nguyên tử hydro để tạo thành heli – kết quả là một quá trình tạo ra một lượng năng lượng không hợp lệ. Đó là một phản ứng xảy ra mọi khoảnh khắc trên mặt trời, nhưng việc tái tạo nó trên Trái đất là một quá trình tẻ nhạt và hiếm có. Tuy nhiên, nếu thành công, chúng ta sẽ tiếp cận được nguồn điện tái tạo sạch đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của chúng ta.

Để đạt được mục tiêu này, các nhà nghiên cứu đang theo đuổi một hiện tượng gọi là “đánh lửa”, đó là khi một lò phản ứng nhiệt hạch tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để tạo ra phản ứng ban đầu. Một số nỗ lực lớn đang được tiến hành để đạt được mục tiêu này, bao gồm Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế (ITER) ở Pháp. Nỗ lực này sử dụng các nam châm cực mạnh trong một cỗ máy gọi là tokamak để tạo ra plasma siêu nóng được tạo ra bằng cách sử dụng nhiên liệu hydro.

Nhưng đây là điểm nổi bật: Chỉ có rất nhiều nhiên liệu hydro bạn có thể cho vào một chiếc tokamak trước khi mọi thứ bắt đầu sai.

Paolo Ricci, một nhà nghiên cứu tại Trung tâm Plasma Thụy Sĩ cho biết: “Một trong những hạn chế trong việc tạo ra plasma bên trong tokamak là lượng nhiên liệu hydro bạn có thể bơm vào nó. Anh ấy nói trong một thông cáo báo chí. “Từ những ngày đầu của quá trình nhiệt hạch, chúng ta đã biết rằng nếu bạn cố gắng tăng mật độ của nhiên liệu, đến một lúc nào đó sẽ có thứ mà chúng ta gọi là ‘nhiễu loạn’ – về cơ bản bạn sẽ mất hoàn toàn sự cuốn hút, và plasma sẽ đi đâu. nó là.”

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học bắt đầu tìm kiếm các phương trình khác nhau để đo lượng hydro tối đa mà bạn có thể chứa bên trong tokamak trước khi có nhiễu động. Một trong những định luật gắn bó với nó và đã trở thành nền tảng chính trong thế giới nghiên cứu nhiệt hạch được gọi là “Giới hạn Greenwald”, quy định rằng lượng nhiên liệu mà một chiếc tokamak có thể sử dụng liên quan trực tiếp đến bán kính của cỗ máy. Các nhà nghiên cứu đằng sau ITER thậm chí còn chế tạo thiết bị của họ dựa trên luật này.

Nhưng, ngay cả giới hạn của Greenwald cũng không hoàn hảo.

“Giới hạn Greenwald là cái mà chúng tôi gọi là định luật hoặc giới hạn ‘thực nghiệm’, về cơ bản có nghĩa là nó giống như một quy tắc chung dựa trên những quan sát được thực hiện trên các thí nghiệm trước đó”, Alex Zelstra, một nhà vật lý thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore ở California, nói với The Daily Beast. Trong một bức thư. “Những điều này rất hữu ích, nhưng chúng tôi luôn cần phải cẩn thận khi áp dụng chúng bên ngoài các trường hợp mà chúng tôi có dữ liệu từ các thử nghiệm.”

Đó là lý do tại sao Ritchie và nhóm của anh ấy đã thách thức niềm tin vững chắc này vào giấy mới Được xuất bản vào ngày 6 tháng 5 trên tạp chí Thư nhận xét thể chất. Trong đó, họ đưa ra giả thuyết rằng giới hạn Greenwald trên thực tế có thể tăng lên gần gấp đôi – gần gấp đôi lượng nhiên liệu hydro sẽ đi vào một tokamak để tạo ra plasma. Phát hiện của họ có thể đặt nền móng cho các lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai như DEMO – một kế thừa của lò phản ứng ITER hiện đang được phát triển – cuối cùng cũng đạt đến khả năng đánh lửa.

“Điều này rất quan trọng vì nó cho thấy cường độ bạn có thể đạt được trong một chiếc tokamak sẽ tăng lên cùng với sức mạnh bạn cần để chạy nó,” Ritchie nói. “Trên thực tế, DEMO sẽ hoạt động với công suất cao hơn nhiều so với các loại tokama và ITER hiện tại, có nghĩa là bạn có thể thêm nhiều mật độ nhiên liệu hơn mà không làm giảm sản lượng, không giống như Greenwald’s Law. Và đây là một tin rất tốt”.

Zylstra cho rằng khám phá của nhóm rất quan trọng vì nó làm sáng tỏ lý do tại sao các lò phản ứng nhiệt hạch cũng có giới hạn. Nó cũng nói rằng các thiết kế tokamak như ITER hoặc DEMO có thể “ít hạn chế hơn so với suy nghĩ trước đây”. Với mật độ nhiên liệu gấp đôi, điều này có thể cải thiện đáng kể sản lượng điện của tokamak – và cuối cùng khiến chúng ta bắt lửa.

Zilstra nói thêm: “Nhiệt hạch là một vấn đề rất thách thức – cả về mặt khoa học và công nghệ, và việc biến sức mạnh của nhiệt hạch thành hiện thực đòi hỏi phải có nhiều tiến bộ từng bước một. “Nếu nghiên cứu này được xác nhận thêm, đặc biệt là trên các máy móc như ITER, nó chắc chắn sẽ giúp cộng đồng nhiệt hạch từ tính thiết kế và cải thiện các thiết kế trong tương lai cho các cơ sở thí nghiệm và sản xuất điện.”