Phản ứng tổng hợp hạt nhân (nhiệt hạch)

Dụng cụ

• Buồng plasma ảo với các ion chuyển động nhiệt
• Đồ thị phân bố Maxwell–Boltzmann và vùng rào Coulomb
• Thanh trượt nhiệt độ tương đối và mật độ tương đối

Các bước tiến hành

1. Quan sát va chạm ion

   Ở hình 1 "Ion trong plasma nóng", xem các ion chuyển động và va chạm; đa số va chạm bị lực đẩy Coulomb chặn lại. Đọc giá trị nhiệt độ, mật độ hiện tại ở bảng đọc. Chỉ những ion ở đuôi phân bố năng lượng cao (và nhờ xuyên hầm lượng tử) mới có thể hợp nhất.

2. Tăng nhiệt độ

   Kéo "Nhiệt độ tương đối" lên và xem phân bố Maxwell–Boltzmann ở hình 2 rộng ra, đuôi năng lượng cao dày lên: $f(v) \propto v^2 e^{-mv^2/2k_BT}$. Số ion đủ nhanh vượt rào tăng mạnh dù nhiệt độ chỉ tăng vừa phải — đây là lý do sao và lò nhiệt hạch cần $T \sim 10^7\!-\!10^8$ K.

3. Đổi mật độ và so sánh

   Giữ T cao, tăng "Mật độ tương đối": nhiều ion hơn nghĩa là nhiều va chạm hơn mỗi giây — tốc độ phản ứng tỉ lệ $n^2$. So sánh hai cấu hình (T cao, n thấp) và (T vừa, n cao): cả hai đều có thể cho cùng số phản ứng, gợi ý tiêu chí tích $n\,T\,\tau_E$ (tam tích Lawson) cần vượt ngưỡng để plasma tự duy trì cháy.

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Nhà vật lý liên quan

Chủ đề liên quan trong thư viện