Một cách để kiểm soát kích thước của sự bất ổn định trong plasma của lò phản ứng nhiệt hạch đã được phát hiện bởi một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế. Sự bất ổn định lớn có thể làm hỏng lò phản ứng, trong khi sự bất ổn định nhỏ có thể tỏ ra hữu ích để loại bỏ heli thải ra khỏi plasma. Do đó, phát hiện này có thể cung cấp hướng dẫn quan trọng cho việc vận hành các lò phản ứng nhiệt hạch quy mô lớn.
Sự hợp nhất của các hạt nhân hydro trong một plasma hạn chế từ tính có thể cung cấp một lượng lớn năng lượng thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, việc kiểm soát plasma siêu nóng vẫn là một thách thức đáng kể.
Trong các lò phản ứng tokamak hình bánh rán được sử dụng rộng rãi nhất trong các thí nghiệm nhiệt hạch hiện nay, plasma bị giới hạn bởi từ trường mạnh. Điều này tạo ra chênh lệch áp suất lớn giữa rìa plasma và thành lò phản ứng. Nếu độ dốc áp suất ở cạnh quá lớn, nó có thể dẫn đến sự mất ổn định được gọi là chế độ cục bộ ở cạnh (ELM). Những vụ nổ này phát ra các hạt và năng lượng có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các bức tường của lò phản ứng.
Nghiên cứu mới nhất này được dẫn dắt bởi Georg Harrer tại Đại học Kỹ thuật Viên. Để nghiên cứu các điều kiện tạo ra ELM, nhóm đã thực hiện các thí nghiệm tại tokamak Nâng cấp ASDEX tại Viện Vật lý Plasma Max Planck ở Đức.
Tăng cường mật độ huyết tương
Họ phát hiện ra rằng có thể tránh được các ELM lớn bằng cách tăng mật độ plasma, kết quả là các ELM nhỏ hơn xuất hiện thường xuyên hơn. Ngoài việc gây ra ít thiệt hại hơn, các ELM nhỏ có thể giúp loại bỏ heli thải ra khỏi plasma.
Kết quả kỷ lục của JET và cuộc tìm kiếm năng lượng nhiệt hạch
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng ở mật độ plasma cao, sự xuất hiện của ELM có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh cấu trúc liên kết của các đường sức từ giới hạn plasma. Trong một tokamak, những đường sức trường này uốn lượn theo hình xoắn ốc xung quanh plasma, nghĩa là các lực mà chúng truyền vào thay đổi theo hướng tương ứng với các gradien áp suất. Ở một số vùng của plasma, các lực hoạt động chống lại sự bất ổn trong khi ở các vùng khác, các lực khuyến khích sự bất ổn. Sự đánh đổi này có thể được đặc trưng bởi ngưỡng không ổn định, ngưỡng này xác định độ dốc áp suất tối thiểu cần thiết để tạo ELM.
Harrer và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng việc tăng cuộn dây xoắn ốc của từ trường làm tăng ngưỡng mất ổn định – và do đó làm giảm sản xuất ELM. Ngoài ra, việc tăng lực cắt từ tính ở rìa của plasma dẫn đến ngưỡng mất ổn định lớn hơn. Lực cắt từ là góc giữa hai đường sức từ cắt nhau.
Sử dụng plasma có độ dốc áp suất lớn làm tăng mức tăng năng lượng nhiệt hạch của lò phản ứng nhiệt hạch, với sự đánh đổi là nguy cơ thiệt hại ELM ngày càng tăng. Tuy nhiên, các ELM nhỏ có thể tỏ ra hữu ích trong việc loại bỏ khí heli thải ra. Do đó, những hiện tượng này phải được cân bằng một cách tinh vi để tối ưu hóa hoạt động của các lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai. Nghiên cứu mới nhất này cung cấp những hiểu biết quan trọng về cách thức thực hiện điều đó.
Nhóm báo cáo những phát hiện của nó trong Physical Review Letters.
