Mô phỏng cho thấy sự gia nhiệt ion bằng dao động plasma dành cho năng lượng nhiệt hạch

Một nhóm nghiên đã chứng minh rằng các ion có thể bị đốt nóng bởi các dao động plasma được điều khiển bởi các hạt năng lượng cao. Điều này đã được xác nhận bằng cách thực hiện một mô phỏng quy mô lớn với chương trình mô phỏng lai mới được phát triển, liên kết các tính toán cho dao động plasma, các hạt và ion năng lượng cao. Nghiên cứu này sẽ đẩy nhanh các nghiên cứu về tự làm nóng plasma để thực hiện năng lượng nhiệt hạch.

 

Phản ứng nhiệt hạch giữa ion deuterium và ion tritium trong plasma nhiệt độ cao sẽ được sử dụng trong các lò phản ứng nhiệt hạch trong tương lai. Các hạt alpha năng lượng cao được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp cung cấp năng lượng của chúng cho plasma và quá trình tự gia nhiệt plasma này duy trì điều kiện nhiệt độ cao cần thiết cho phản ứng tổng hợp. Tuy nhiên, chúng ta có một vấn đề là sự nóng lên của các ion nhiên liệu còn yếu vì các hạt năng lượng cao cung cấp phần lớn năng lượng của chúng cho các electron thông qua va chạm với các electron. Để tăng tốc độ gia nhiệt ion, người ta đề xuất rằng các ion có thể được làm nóng bằng các dao động plasma được điều khiển bởi các hạt năng lượng cao. Tuy nhiên, cơ chế gia nhiệt ion này vẫn chưa được xác nhận.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu về sự gia nhiệt ion bằng dao động plasma bằng mô phỏng máy tính. Chương trình này, vì có sự liên kết và tính toán chất lỏng và các hạt, được gọi là chương trình mô phỏng lai. Nó cho phép nghiên cứu sự tương tác giữa các dao động plasma và các hạt năng lượng cao. Chương trình được các nhà khoa học đánh giá rất cao. Tuy nhiên, để nghiên cứu sự gia nhiệt ion bằng dao động plasma được điều khiển bởi các hạt năng lượng cao, cần phải mở rộng chương trình mô phỏng lai để mô phỏng chuyển động của ion bị ảnh hưởng bởi dao động plasma. Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc phát triển chương trình mô phỏng lai mới bằng cách tính toán các ion trong plasma dưới dạng hạt và bằng cách liên kết ba loại tính toán cho dao động plasma, hạt năng lượng cao và ion. Sử dụng chương trình mô phỏng lai mới, họ đã thực hiện một mô phỏng quy mô lớn trên siêu máy tính liên quan đến plasma được tạo ra trong Thiết bị xoắn ốc lớn (LHD). (Trên LHD, chúng tôi sử dụng các hạt hydro năng lượng cao bên trong plasma để nghiên cứu dao động plasma được điều khiển bởi các hạt năng lượng cao.) Mô phỏng lai mới cho thấy rõ ràng các ion thu được năng lượng từ dao động plasma được kích thích bởi các hạt năng lượng cao . Điều này chỉ ra rằng tốc độ gia nhiệt ion trong plasma tự gia nhiệt có thể tăng lên bằng cách sử dụng các dao động plasma.

Do đó, nhóm nghiên cứu đã chứng minh sự gia nhiệt ion bằng dao động plasma lần đầu tiên trên thế giới. Trên cơ sở kết quả của nghiên cứu này, nghiên cứu về plasma tự gia nhiệt để tạo ra năng lượng nhiệt hạch sẽ được đẩy nhanh.

P.T.T (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190806101535.htm, 06/8/2019