Các nhà nghiên cứu tiết lộ cơ chế tạo ra electron mất kiểm soát trong lò phản ứng nhiệt hạch tokamak
bởi Đại học Quốc gia Seoul
Những hạn chế của lý thuyết cổ điển và những cải tiến trong lý thuyết đã sửa đổi Trong các mô tả cổ điển, năng lượng mất đi của các electron năng lượng cao tương tác với hydro trung tính được ước tính là trung bình, với electron luôn kết thúc với năng lượng trung gian sau khi tương tác. Mô tả đã sửa đổi được đề xuất trong nghiên cứu này giải quyết vấn đề này bằng cách phản ánh chính xác hơn các điều kiện trong thế giới thực: nó tinh chỉnh mô hình để các electron mất ít năng lượng trong các tương tác đàn hồi và chỉ mất năng lượng đáng kể (trở thành năng lượng thấp) trong các tương tác không đàn hồi. Tín dụng: Cao đẳng Kỹ thuật Đại học Quốc gia Seoul
Một nhóm nghiên cứu đã làm rõ cơ chế đằng sau việc tạo ra các electron mất kiểm soát trong giai đoạn khởi động của lò phản ứng nhiệt hạch tokamak. Bài báo "Bản chất nhị phân của các vụ va chạm tạo điều kiện cho việc tạo ra electron mất kiểm soát trong các plasma ion hóa yếu" đã được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters.
Năng lượng nhiệt hạch hạt nhân là phương pháp tạo ra điện năng khai thác năng lượng từ mặt trời nhân tạo được tạo ra trên Trái đất, sử dụng các nguồn tài nguyên được khai thác từ nước biển. Để đạt được điều này, công nghệ có khả năng giam giữ plasma nhiệt độ cao vượt quá 100 triệu độ trong thời gian dài trong lò phản ứng nhiệt hạch là điều cần thiết.
Tokamak là hệ thống mặt trời nhân tạo có hình dạng như một hình xuyến, không có điểm bắt đầu hoặc kết thúc, nơi các trường từ được áp dụng để giam giữ các hạt.
Để bắt đầu phản ứng nhiệt hạch hạt nhân bên trong tokamak, trước tiên phải tạo ra plasma nhiệt độ cao, một quá trình được gọi là "khởi động". Quá trình khởi động đòi hỏi một trường điện mạnh, tương tự như nguyên lý của sét, nhưng trường điện này cũng dẫn đến việc tạo ra "các electron mất kiểm soát".
Các electron mất kiểm soát là các electron năng lượng cao nhận được gia tốc liên tục từ trường điện, trở nên nhanh đến mức không thể dừng lại được. Các electron này cản trở sự hình thành plasma bằng cách lấy đi năng lượng bên ngoài và có thể làm hỏng thiết bị, khiến chúng trở thành một trong những thách thức quan trọng phải được giải quyết để phản ứng nhiệt hạch hạt nhân thành công.
Do đó, việc dự đoán chính xác sự hình thành các electron mất kiểm soát là điều cần thiết để thương mại hóa các lò phản ứng tokamak.
Tỷ lệ tạo ra electron mất kiểm soát theo hàm số của mức độ ion hóa. Tín dụng: Trường Cao đẳng Kỹ thuật, Đại học Quốc gia Seoul
Thông qua nghiên cứu hợp tác với Viện Vật lý Plasma Max-Planck và Tổ chức Quốc tế ITER (Lò phản ứng Nhiệt hạch Quốc tế), Giáo sư Yong-su Na (tác giả liên hệ) và nghiên cứu sinh Tiến sĩ Lee (tác giả đầu tiên) của Đại học Quốc gia Seoul đã phát hiện ra rằng các lý thuyết hiện có không giải thích đầy đủ hiện tượng này.
Họ đã khái quát một lý thuyết động học để xác định một cơ chế mới tạo ra các electron mất kiểm soát, giải quyết một nút thắt lý thuyết trong thiết kế các quy trình khởi động cho ITER và các lò phản ứng nhiệt hạch thương mại.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng sự hình thành các electron mất kiểm soát trong quá trình khởi động có bản chất nhị phân, được xác định bởi việc có xảy ra tương tác không đàn hồi với các hạt trung tính riêng lẻ hay không. Các electron tránh được tương tác không đàn hồi với các hạt trung tính góp phần đáng kể vào sự hình thành các electron mất kiểm soát.
Để làm sáng tỏ điều này, họ đã khái quát lý thuyết động học electron và chứng minh cơ chế mà lý thuyết cổ điển không nắm bắt được.
Kết quả của nghiên cứu này dự kiến sẽ được áp dụng không chỉ cho thiết kế khởi động của các lò phản ứng trình diễn và thương mại của Hàn Quốc mà còn cho ITER, một dự án hợp tác có sự tham gia của Hàn Quốc, Liên minh Châu Âu, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Nga, Trung Quốc và Ấn Độ.
