TiaSang
Thứ hai, Ngày 27 tháng 1 năm 2020
Đổi mới sáng tạo

Cách hiệu quả và an toàn hơn để tạo ra một ngôi sao trên trái đất

28/12/2019 07:30 -

Một vấn đề lớn với việc vận hành các lò phản ứng nhiệt hạch hình tròn như các lò tokamak là giữ cho plasma mà các phản ứng tổng hợp các nhiên liệu không tạp chất có thể làm giảm bớt hiệu suất của các phản ứng này. Hiện tại, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm vật lý Plasma Princeton của Bộ Năng lượng Mỹ (PPPL) đã tìm ra là phun một dạng bột vào plasma có thể giúp khai thác được luồng khí siêu nóng bên trong lò tokamak để tạo ra nhiệt, qua đó làm ra điện mà không phát thải khí nhà kính hay chất thải phóng xạ dài hạn.

Nhiệt hạch, nguồn năng lượng của mặt trời và các ngôi sao, kết hợp các nguyên tố nhẹ trong hình thức này plasma – trạng thái nóng, tích điện của vật chất tạo ra các electron và hạt nhân nguyên tử tự do – sinh ra một nguồn năng lượng cực lớn. Các nhà khoa học đang chờ đợi tái tạo được phản ứng nhiệt hạch trên trái đất để cung cấp một nguồn điện năng vô tận thực sự.

“Mục tiêu chính của thực nghiệm này là kiểm tra xem liệu chúng ta có thể tạo ra một lớp boron bằng việc sử dụng một dụng cụ dạng ống tiêm bột không”, nhà vật lý Robert Lunsford (PPPL), tác giả chính của công bố Active conditioning of ASDEX Upgrade tungsten plasma-facing components and discharge enhancement through boron and boron nitride particulate injection trên tạp chí Nuclear Fusion, cho biết. “Cho đến thời điểm này, thực nghiệm đã được thực hiện thành công”.

Boron có khả năng ngăn một nguyên tố là volfram rời khỏi thành thùng lò tokamak vào plasma, nơi nó có thể làm lạnh các hạt plasma và khiến các phản ứng nhiệt hạch ít hiệu quả hơn. Một lớp boron được đưa vào các bề mặt chứa plasma trong một quá trình vẫn được mọi người gọi là baron hóa. Các nhà khoa học muốn giữ cho plasma nóng càng tốt – ít nhất  là nóng hơn bề mặt của mặt trời 10 lần – để tăng cường tối đa các phản ứng nhiệt hạch và do đó gia tăng nhiệt để làm ra điện.

Sử dụng bột để đem lại trạng thái boron hóa là cách làm an toàn hơn sử dụng một loại khí boron mà người ta vẫn gọi là diborane, phương pháp vẫn được sử dụng hiện nay. Khí diborane dễ gây nổ, vì vậy mọi người phải tránh xa khu vực lò phản ứng tokamak trong suốt quá trình phản ứng”, Lunsford nói. “Mặt khác, nếu anh làm rơi một chút bột boron lên plasma thì cũng dễ kiểm soát hơn. Trong khi khí diborane dễ nổ và độc thì bột boron lại có tính trơ”, anh cho biết thêm. “Kỹ thuật mới này có thể ít xâm lấn hơn và rõ ràng là ít nguy hiểm hơn”.

Một điểm mới khác là trong khi các nhà vật lý phải tạm dừng việc vận hành lò tokamak trong quá trình bơm khí boron thì bột boron có thể được đưa vao plasma ngay lúc thiết bị này đang vận hành. Đặc điểm này vô cùng quan trọng bởi nó đem lại một nguồn điện ổn định, các nhà máy nhiệt hạch tương lai sẽ phải vận hành trong thời kỳ dài, không gián đoạn. “Đây là một cách để có được lò phản ứng nhiệt hạch ở trạng thái bền vững”, Lunsford nói. “Anh có thể cho thêm nhiều boron vào mà không cần phải dừng lò phản ứng lại”.

Có những nguyên nhân khác để dùng một ống bơm bột phủ lên các bề mặt bên ngoài của một tokamak. Ví dụ, các nhà nghiên cứu khám phá ra là việc nhỏ bột boron đem lại lợi ích như khi bơm khí nitrogen vào plasma – cả hai kỹ thuật này đều giúp tăng nhiệt tại rìa plasma, vốn làm tăng khả năng giữ plasma bên trong từ trường.

Kỹ thuật phun bột đem lại cho các nhà khoa học việc tạo ra plasma nhiệt hạch ở mức ít đậm đặc hơn, điều này quan trọng bởi trạng thái ít đậm đặc khiến sự thiếu ổn định của plasma được nén lại bằng các xung từ, một cách đơn giản ở mức tương đối để cải thiện các phản ứng nhiệt hạch. Các nhà khoa học có thể dùng bột để tạo ra các plasma ít đậm đặc tại bất kỳ thời điểm này, thay vì chờ một sự boron hóa khí. Bằng việc tạo ra một phạm vi lớn các điều kiện plasma một cách dễ dàng theo cách này có thể cho phép các nhà vật lý khám phá hành xử của plasma triệt để hơn.

Trong tương lai, Lunsford và đồng nghiệp trong nhóm nghiên cứu hi vọng thực hiện nhiều thí nghiệm nữa để xác định một cách chính xác nơi nào các vật liệu này sẽ đến sau khi được bơm vào plasma. Hiện nay họ đang nêu giả thuyết là các dòng bột ở đỉnh và đáy của thùng lò tokamak giống như con đường của các dòng chảy plasma, “nhưng nó có thể hữu ích với việc dùng giả thuyết đó để mô hình hóa hiện tượng này vì vậy chúng ta biết các địa điểm chính xác bên trong lò tokamak trong khi chúng đón nhận các lớp boron”, Lunsford nói.

Anh Vũ dịch

Nguồnhttps://phys.org/news/2019-12-powder-gas-safer-effective-star.html

Tags: