Tokamaks là thiết bị được sử dụng kết hợp với sự giam cầm từ tính. Trong các phản ứng này, một từ trường mạnh được sử dụng để kiểm soát và chứa plasma nhiên liệu nhiệt hạch nóng trong lõi lò phản ứng. Plasma được làm nóng đến nhiệt độ cao bằng cách phun chùm tia trung tính hoặc làm nóng tần số vô tuyến. Mục tiêu chính là duy trì trạng thái plasma ổn định, trong đó các phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra liên tục, cung cấp một nguồn năng lượng vô tận.
Một nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Oakridge (ORNL), Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton (PPPL) và Tokamak Energy Ltd đánh dấu một bước đột phá lớn trong nghiên cứu năng lượng nhiệt hạch. Nhóm nghiên cứu đã đạt được nhiệt độ gần 100 triệu độ C, nhiệt độ cần thiết để các nhà máy điện nhiệt hạch sản xuất năng lượng thương mại.
Ngoài ra, họ đã đạt được nhiệt độ cao trong một tokamak nhỏ gọn, điều mà trước đây chưa ai làm được!
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học tập trung vào việc cải thiện các điều kiện hoạt động của tokamak hình cầu trường cao (ST) có tên là ST40. So với các thiết bị nhiệt hạch khác, thiết bị ST40 được phân biệt bởi kích thước nhỏ hơn và plasma hình cầu.
Nhóm đã sử dụng một cách tiếp cận tương tự như cách được sử dụng trong những năm 1990 tại TFTR tokamak, nơi tạo ra hơn 10 triệu watt năng lượng nhiệt hạch. ST40 hoạt động trong từ trường hình xuyến (hình bánh rán) với cường độ chỉ trên 2 Tesla.
Để làm nóng plasma, nhóm đã sử dụng 1,8 triệu watt hạt trung tính năng lượng cao. Mặc dù quá trình phóng điện plasma hay còn gọi là thời kỳ các phản ứng nhiệt hạch diễn ra tích cực chỉ kéo dài 0,15 giây nhưng nhiệt độ của các ion trong lõi đã lên tới hơn 100 triệu độ C.
Để đo nhiệt độ ion, nhóm đã sử dụng mã vận chuyển TRANSP được phát triển tại PPPL. Mã này rất hữu ích vì nó tính đến cấu hình nhiệt độ đo được của tạp chất và đơteri, nhiên liệu chính được sử dụng trong các lò phản ứng nhiệt hạch.
Họ phát hiện ra rằng phạm vi nhiệt độ đối với tạp chất vượt quá 8,6 keV (khoảng 100 triệu độ C), trong khi phạm vi nhiệt độ đối với đơteri gần với giá trị này. Phát hiện này cho thấy rằng phương pháp gia nhiệt được sử dụng trong thí nghiệm có hiệu quả trong việc đạt được nhiệt độ cao mong muốn.
Các kết quả mang lại sự lạc quan cho sự phát triển trong tương lai của các nhà máy nhiệt điện hạt nhân dựa trên tokamaks hình cầu nhỏ gọn với từ trường cao. Những tiến bộ này có thể dẫn đến các giải pháp hiệu quả và khả thi hơn về mặt kinh tế trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch, mang đến một con đường đầy hứa hẹn để sản xuất năng lượng sạch và bền vững.
Đọc thêm: