Các nhà nghiên cứu tạo ra phản ứng tổng hợp ở 100 triệu Kelvin trong 20 giây
Hình học Tokamak và sự phát triển tham số của chế độ FIRE. a, Cấu hình plasma của chế độ FIRE trong KSTAR. Màu của các vạch cho biết nhiệt độ ion tính bằng kiloelectronvolts, với 10 keV tương ứng với ≈120 triệu kelvin. b – i, Sự phát triển theo thời gian của các thông số vật lý và kỹ thuật chính (ảnh chụp 25860). b, Cường độ dòng điện plasma (Ip), cường độ từ trường hình xuyến tại trục từ (BT), công suất phun tia trung hòa (PNBI) và công suất đốt nóng cộng hưởng xyclotron điện tử (PECH). c, Các yếu tố tăng cường hạn chế năng lượng liên quan đến ITER89P và luật chia tỷ lệ IPB98 (y, 2) (H89 và H98y2) và năng lượng plasma dự trữ (WMHD). d, Mật độ electron trung bình theo dòng (ne) và mật độ ion nhanh trung bình theo dòng từ các phép tính NUBEAM (nfast). e, Nhiệt độ ion và electron trung tâm (Ti, 0 và Te, 0). f, Cường độ phát xạ Dα. g, Điện áp vòng dây. h, Độ tự cảm bên trong (li), beta chuẩn hóa (βN) và dao động từ trường được phát hiện bởi cuộn Mirnov. i, Cường độ bức xạ vạch cacbon từ C2 + → 3 +. Ảnh: Nature (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05008-1
Một nhóm các nhà nghiên cứu liên kết với nhiều tổ chức ở Hàn Quốc làm việc với hai đồng nghiệp từ Đại học Princeton và một từ Đại học Columbia đã đạt được một cột mốc mới trong sự phát triển của nhiệt hạch như một nguồn năng lượng — họ đã tạo ra một phản ứng tạo ra nhiệt độ 100 triệu Kelvin và kéo dài trong 20 giây. Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature, nhóm mô tả công việc của họ và nơi họ dự định thực hiện trong vài năm tới.
Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học đã cố gắng tạo ra các phản ứng nhiệt hạch bền vững bên trong các nhà máy điện như một phương tiện tạo ra nhiệt để chuyển đổi thành điện năng. Mặc dù có những tiến bộ đáng kể nhưng mục tiêu chính vẫn chưa đạt được. Các nhà khoa học đang nghiên cứu vấn đề này đã nhận thấy rất khó để kiểm soát các phản ứng nhiệt hạch — những sai lệch nhỏ nhất cũng dẫn đến những bất ổn ngăn phản ứng tiếp tục. Vấn đề lớn nhất là đối phó với nhiệt được tạo ra, lên tới hàng triệu độ. Tất nhiên, vật liệu không thể giữ plasma nóng như vậy, vì vậy nó được hút bằng nam châm.
Hai cách tiếp cận đã được đưa ra: Một được gọi là rào cản vận chuyển biên - nó định hình plasma theo cách ngăn nó thoát ra ngoài. Cách tiếp cận khác được gọi là hàng rào vận chuyển nội bộ, và nó là loại được các nhà nghiên cứu làm việc tại Trung tâm Nghiên cứu Tiên tiến Tokamak siêu dẫn của Hàn Quốc, nơi thực hiện nghiên cứu mới này sử dụng. Nó hoạt động bằng cách tạo ra một vùng có áp suất cao gần tâm plasma để giữ nó trong tầm kiểm soát.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng việc sử dụng hàng rào vận chuyển bên trong dẫn đến huyết tương đậm đặc hơn nhiều so với cách tiếp cận khác, và đó là lý do tại sao họ chọn sử dụng nó. Họ lưu ý rằng mật độ cao hơn sẽ dễ tạo ra nhiệt độ cao hơn gần lõi. Nó cũng dẫn đến nhiệt độ thấp hơn gần các cạnh của plasma, điều này dễ dàng hơn đối với thiết bị được sử dụng để ngăn chặn.
Trong thử nghiệm mới nhất tại cơ sở này, nhóm nghiên cứu đã có thể tạo ra nhiệt lượng lên tới 100 triệu Kelvin và giữ cho phản ứng tiếp tục trong 20 giây. Các đội khác đã tạo ra nhiệt độ tương tự hoặc đã giữ cho phản ứng của họ diễn ra trong một khoảng thời gian tương tự, nhưng đây là lần đầu tiên cả hai đều đạt được trong một phản ứng.
Các nhà nghiên cứu tiếp theo có kế hoạch trang bị thêm cho cơ sở của họ để tận dụng những gì họ đã học được trong vài năm nghiên cứu qua, thay thế một số thành phần, chẳng hạn như nguyên tố carbon trên thành buồng bằng những thành phần mới làm bằng vonfram chẳng hạn.
