Khái niệm nhà máy điện nhiệt hạch nhỏ gọn sử dụng vật lý tiên tiến để cải thiện sản xuất năng lượng

Các nhà máy điện nhiệt hạch sử dụng từ trường để giữ một quả cầu khí mang dòng điện (gọi là plasma ). Điều này tạo ra một mặt trời thu nhỏ tạo ra năng lượng thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân. Khái niệm Tokamak nâng cao nhỏ gọn (CAT) sử dụng các mô hình vật lý hiện đại để cải thiện khả năng sản xuất năng lượng nhiệt hạch. Các mô hình cho thấy rằng bằng cách định hình cẩn thận plasma và sự phân bố dòng điện trong plasma, những người vận hành nhà máy nhiệt hạch có thể ngăn chặn các dòng xoáy hỗn loạn trong plasma. Những dòng xoáy này có thể làm mất nhiệt. Điều này sẽ cho phép người vận hành đạt được áp suất cao hơn và công suất nhiệt hạch với dòng điện thấp hơn. Sự tiến bộ này có thể giúp đạt được trạng thái mà plasma tự duy trì và thúc đẩy phần lớn dòng điện của chính nó.

Trong cách tiếp cận này đối với lò phản ứng tokamak, hiệu suất được cải thiện khi giảm dòng điện plasma làm giảm căng thẳng và tải nhiệt. Điều này làm giảm bớt một số thách thức về kỹ thuật và vật liệu mà các nhà thiết kế nhà máy nhiệt hạch phải đối mặt. Áp suất cao hơn cũng làm tăng hiệu ứng mà chuyển động của các hạt trong plasma tự nhiên tạo ra dòng điện cần thiết. Điều này làm giảm đáng kể nhu cầu về các hệ thống truyền động hiện tại đắt tiền làm hỏng sản lượng điện tiềm năng của nhà máy nhiệt hạch. Nó cũng cho phép cấu hình cố định “luôn bật”. Cách tiếp cận này dẫn đến các nhà máy chịu ít căng thẳng hơn trong quá trình vận hành so với các cách tiếp cận xung điển hình đối với năng lượng nhiệt hạch, cho phép các nhà máy điện nhỏ hơn, ít tốn kém hơn.

Trong năm qua, Ủy ban Cố vấn Khoa học Năng lượng Nhiệt hạch của Bộ Năng lượng (DOE) và Viện Hàn lâm Khoa học, Kỹ thuật và Y học Quốc gia đã đưa ra các lộ trình kêu gọi sự phát triển tích cực của năng lượng nhiệt hạch ở Hoa Kỳ. Các nhà nghiên cứu tin rằng để đạt được mục tiêu đó đòi hỏi phải phát triển các phương pháp tiếp cận hiệu quả và tiết kiệm hơn để tạo ra năng lượng nhiệt hạch so với hiện tại. Cách tiếp cận được sử dụng để tạo ra khái niệm CAT đã phát triển các mô phỏng lò phản ứng mới nhằm tận dụng sự hiểu biết vật lý mới nhất về plasma để cải thiện hiệu suất. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp lý thuyết hiện đại đã được xác thực tại Cơ sở Hợp nhất Quốc gia DIII-D với tính toán tiên tiến hàng đầu bằng cách sử dụng siêu máy tính Cori tại Trung tâm Máy tính Khoa học Nghiên cứu Năng lượng Quốc gia. Những mô phỏng này đã xác định đường dẫn đến một khái niệm cho phép cấu hình hiệu suất cao hơn, phần lớn là tự duy trì, giữ năng lượng hiệu quả hơn so với cấu hình xung điển hình, cho phép nó được xây dựng với quy mô và chi phí giảm.

Tham khảo: “Con đường tokamak tiên tiến đến một nhà máy thí điểm nhiệt hạch điện lưới nhỏ gọn” của RJ Buttery, JM Park, JT McClenaghan, D. Weisberg, J. Canik, J. Ferron, A. Garofalo, CT Holcomb, J. Leuer, PB Snyder và Nhóm Dự án Nguyên tử, ngày 19 tháng 3 năm 2021, Nhiệt hạch hạt nhân .
DOI: 10.1088 / 1741-4326 / abe4af

Công việc này được hỗ trợ bởi Văn phòng Khoa học Năng lượng, Văn phòng Khoa học Năng lượng Nhiệt hạch, dựa trên Cơ sở Hợp nhất Quốc gia DIII-D, một cơ sở sử dụng Văn phòng Khoa học DOE, và Dự án Khám phá Khoa học AToM thông qua Máy tính Nâng cao.

Theo Scitechdaily