Bằng chứng thực nghiệm đầu tiên về sự kết hợp đa thang đo trong plasma có ý nghĩa đối với năng lượng nhiệt hạch
bởi Đại học Quốc gia Seoul
Trước khi cân bằng thay đổi, nhiễu loạn từ trường vi mô mạnh được tạo ra bởi các chùm electron được đưa vào hai sợi dây từ thông. Sự nhiễu loạn này gây ra sự kết nối lại từ trường ba chiều. Sau khi cân bằng thay đổi, thiết bị VEST cho thấy plasma mới hình thành (màu đỏ tươi) do sự kết nối lại của hai sợi dây từ thông, trong khi các sợi dây từ thông ban đầu vẫn còn. Trong mô phỏng, hai sợi dây từ thông được quan sát thấy đã hợp nhất thành một cấu trúc duy nhất. Nguồn: Nature
Nhiễu loạn vi mô trong plasma có thể kích hoạt những thay đổi cấu trúc vĩ mô. Trong các hệ thống vật lý phức tạp, những tương tác liên thang đo như vậy - giữa các thang đo không gian và thời gian khác nhau - được gọi là sự kết hợp đa thang đo. Theo hiểu biết của họ, nhóm của Giáo sư Yong-Seok Hwang, cùng với Trung tâm Vật lý Lý thuyết Châu Á - Thái Bình Dương, hiện đã chứng minh bằng thực nghiệm hiện tượng này lần đầu tiên.
Công trình được công bố trên tạp chí Nature.
Bước đột phá này đã giải quyết một bài toán hóc búa lâu nay trong vật lý plasma, với những hàm ý cho cả việc phát triển năng lượng nhiệt hạch và nghiên cứu plasma vật lý thiên văn.
Trường Cao đẳng Kỹ thuật, Đại học Quốc gia Seoul, thông báo rằng một nhóm nghiên cứu chung do Giáo sư Yong-Seok Hwang thuộc Khoa Kỹ thuật Hạt nhân dẫn đầu, phối hợp với Trung tâm Vật lý Lý thuyết Châu Á - Thái Bình Dương (APCTP), đã chứng minh bằng thực nghiệm hiện tượng ghép nối đa thang độ trong plasma - một bài toán hóc búa lâu nay trong vật lý plasma - thông qua việc tích hợp các thí nghiệm nhiệt hạch và lý thuyết plasma vật lý thiên văn.
Được khởi xướng theo đề xuất của Giáo sư Hwang, người đang giữ chức vụ tại Khoa Kỹ thuật Hạt nhân và Khoa Kỹ thuật Hệ thống Năng lượng, nghiên cứu này chỉ được thực hiện bởi ba nhà nghiên cứu Hàn Quốc.
Nhóm nghiên cứu bao gồm Tiến sĩ Jong Yoon Park, Phó Giáo sư BK tại SNU và là tác giả đầu tiên của bài báo, và Tiến sĩ Young Dae Yoon, nhà vật lý lý thuyết tại APCTP và là tác giả liên hệ. Thành tựu này, hoàn toàn do các nhà nghiên cứu trong nước thực hiện, được ghi nhận là một cột mốc quan trọng, nâng cao đáng kể vị thế của Hàn Quốc trong nghiên cứu khoa học và công nghệ plasma toàn cầu.
Đối với các nhà vật lý plasma, plasma - thường được gọi là "trạng thái thứ tư của vật chất", khác với chất rắn, chất lỏng và chất khí - đặt ra một thách thức to lớn trong việc giải thích cách thức bất ổn vi mô có thể thúc đẩy những thay đổi cấu trúc vĩ mô. Do đó, vấn đề liên kết đa thang độ vẫn là một trong những vấn đề cơ bản và lâu đời nhất trong lĩnh vực này.
Tuy nhiên, plasma không chỉ là môi trường thiết yếu cho các phản ứng tổng hợp hạt nhân mà còn là trạng thái vật chất chủ yếu trong vũ trụ. Theo đó, việc hiểu được sự liên kết đa thang độ trong plasma từ lâu đã được coi là rất quan trọng đối với cả việc phát triển công nghệ năng lượng tổng hợp hạt nhân và làm sáng tỏ nguồn gốc của vũ trụ.
Nhóm của Tiến sĩ Park và Tiến sĩ Yoon đã phân tích dữ liệu thực nghiệm thu được từ thiết bị tổng hợp hạt nhân của SNU và xác minh những phát hiện của họ thông qua mô phỏng hạt bằng siêu máy tính KAIROS tại Viện Năng lượng Tổng hợp Hàn Quốc. Kết quả của họ chứng minh rằng khi nhiễu loạn từ trường vi mô được kích hoạt, sự tái kết nối từ trường sẽ diễn ra hiệu quả, gây ra những thay đổi cấu trúc vĩ mô bên trong plasma.
Nhóm nghiên cứu chung lần đầu tiên chứng minh rằng nhiễu loạn từ trường vi mô, được tạo ra một cách có chủ đích bởi một chùm electron mạnh, có thể làm tăng điện trở suất của plasma, từ đó thúc đẩy sự tái kết nối từ trường và cuối cùng tạo ra những thay đổi cấu trúc quy mô lớn - một hiện thực hóa thực nghiệm trực tiếp và bằng chứng về động lực học đa cấp độ trong plasma.
Nghiên cứu này đặc biệt quan trọng như một thành tựu liên ngành, kết hợp các hoạt động thực nghiệm của thiết bị nhiệt hạch của Đại học Quốc gia Seoul với các mô phỏng lý thuyết được thực hiện tại APCTP.
Thành tựu này cũng phản ánh những nỗ lực bền bỉ của Đại học Quốc gia Seoul và APCTP trong việc cung cấp cho các nhà nghiên cứu trẻ cơ hội ở cấp độ quốc tế và thúc đẩy sự hợp tác liên ngành. Đây là một ví dụ điển hình về việc nâng cao năng lực cạnh tranh toàn cầu của các nhà nghiên cứu trong nước và nuôi dưỡng những nhà lãnh đạo tương lai trong khoa học và công nghệ.
Tiến sĩ Jong Yoon Park, Phó Giáo sư BK tại SNU, lưu ý: "Kết quả này chỉ có thể đạt được thông qua vô số cuộc thảo luận và tranh luận giữa các chuyên gia về phản ứng tổng hợp hạt nhân và vật lý lý thuyết, những người bắt đầu từ những mối quan tâm khác nhau nhưng cuối cùng đã đi đến điểm chung.
Nghiên cứu này đặc biệt có ý nghĩa ở chỗ nó cung cấp những manh mối mới để hiểu được sự khởi đầu của quá trình tái kết nối từ trường, một quá trình đóng vai trò quan trọng trong các hiện tượng vũ trụ như bão mặt trời và bão địa từ."
Tiến sĩ Young Dae Yoon của APCTP cho biết thêm: "Chúng tôi hy vọng nghiên cứu này sẽ không chỉ mở rộng khuôn khổ diễn giải trong vật lý plasma mà còn đóng vai trò là nền tảng cho sự phát triển của các công nghệ phản ứng tổng hợp hạt nhân mới."
