Tác động truyền thông lên ITER và năng lượng hạt nhân

Không tên

Hiệu ứng quảng bá

10 tháng 5 năm 2012

Từ khi tôi bắt đầu quan tâm đến dự án ITER và các máy tokamak, những hiệu ứng quảng bá ngày càng gia tăng. Từ khóa "disruption" đã xuất hiện trên Wikipedia. Trong các buổi tham quan tại Cadarache, công chúng không còn chỉ ngắm nhìn mô hình đẹp được trình bày và lặng im lắng nghe những lời giới thiệu của một người hướng dẫn xinh đẹp nữa. Họ bắt đầu đặt câu hỏi.

Gần đây, một bài viết tuyên truyền ủng hộ dự án ITER đã xuất hiện trên các trang mạng. Tôi đã nhận được hàng loạt tin nhắn về vấn đề này, và tôi quyết định trả lời trên trang web của mình. Một lần nữa, đây chỉ là chuyện bịa đặt hoàn toàn. Đó là ấn tượng ban đầu của tôi, được xác nhận qua những cuộc gọi đến các chuyên gia về plasma nóng, những người buộc phải im lặng vì vẫn đang làm việc.

Trong khoảng một tuần nữa, tôi sẽ có một buổi thuyết trình tại khu vực này về ITER và năng lượng hạt nhân nói chung, nếu có đủ thời gian. Có một video dài (1 giờ 50 phút) trên trang Enquête et Débat, tôi khuyên bạn nên xem, nơi tôi phản ánh những lời chỉ trích được đưa ra vào tháng 9 năm 2011 bởi Glenn Wurden (người tôi đã nói chuyện điện thoại với ông ấy vài tháng trước), được trình bày tại một hội thảo về các tokamak tương lai vào tháng 9 năm 2011 tại Princeton. Trong video, tôi phân tích chi tiết các slide của ông ấy, được trình bày bằng tiếng Anh, rồi ngay lập tức bằng tiếng Pháp. Đây là phần "best off" trên trang Enquête et Débat (ô ở góc trên bên phải, màu xanh).

Tuy nhiên, 1 giờ 50 phút là quá dài. Đáng lẽ cần chia nhỏ thành các đoạn. Lần đó tôi đã ghi toàn bộ một mạch, không chỉnh sửa. Thật đáng tiếc nếu trang Sortir du Nucléaire, vốn chỉ tập trung vào sự kiện, không có một liên kết vĩnh viễn. Tôi đã từng đề xuất với Philippe Brousse, chủ tịch của hiệp hội gồm 900 tổ chức, nên đặt một biểu tượng trên trang chủ, dẫn đến các bài viết chuyên sâu về các khía cạnh khoa học và kỹ thuật của năng lượng hạt nhân. Ông ấy chưa bao giờ phản hồi. Những người này chỉ là người tổ chức các sự kiện.

Buổi thuyết trình sắp tới của tôi sẽ được quay video và phát trực tuyến ngay lập tức. Những người quay phim và thu âm sẽ tự mình chèn các hình ảnh mà tôi cung cấp. Điều này mất một chút thời gian. Cần phải căn chỉnh chính xác thời điểm và thời lượng phù hợp cho các hình ảnh này.

Hôm nay, tôi đang chuẩn bị một bộ sưu tập mô hình, dựa trên các vòng nhỏ bằng polystyren, đường kính 30 cm, mà tôi mua hôm qua ở Aix. Tôi sẽ thử thực hiện một lần đầu tiên: cố gắng giải thích nguyên lý hoạt động của một tokamak, do đó là ITER, điều mà công chúng hoàn toàn không biết. Phải nói rằng việc chọn từ ngữ "trường từ polôid" không phải là cách làm rõ ràng vấn đề.

Tôi sẽ cố gắng đưa vào 45 phút, thời gian tối đa mà khán giả có thể tập trung.

Ban tổ chức đã cố gắng tạo cho sự kiện này vẻ ngoài của một cuộc tranh luận. Michel Claessens, người phụ trách truyền thông tại ITER, ban đầu đã chấp nhận tham gia. Nhưng khi biết mình sẽ đối diện với tôi, ông đã từ chối, nói rằng ông không muốn tranh luận với một người "quá tiêu cực" (...).

Tương tự, các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Phản ứng Năng lượng Từ (IRFM), tọa lạc tại Cadarache, trong khuôn viên, là pháo đài của năng lượng nhiệt hạch tại Pháp. Michel Chatelier, Gabriel Marbach, cựu giám đốc; Alain Bécoulet, chuyên gia về ITER; Philippe Gendrih, giám đốc nghiên cứu tại viện này, "ông chủ nhiệt hạch tại CNRS".

Chúng tôi sẽ đặt những chiếc ghế trống có tên họ và quay phim.

Tất cả điều này thật mệt mỏi và tôi đã mệt mỏi. 75 tuổi, dù sao cũng nặng nề.

Được rồi, hãy nói đến những hiệu ứng quảng bá này. Tôi sẽ lần lượt phân tích và bác bỏ từng phần trong trang này.

ITER Organization có nguồn lực, có tiền bạc, có thể thúc đẩy việc truyền thông tin, điều mà công chúng và người dùng mạng trước đây không có cách nào phản biện. Bây giờ, chúng ta đang nói đến một thông cáo gần đây về "giới hạn Greenwald". Tôi sẽ trích dẫn thông cáo trước, rồi giải thích:

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69903.htm

Nguồn:

Vật lý học và công nghệ nano: Một bước tiến mới hướng tới kiểm soát phản ứng nhiệt hạch?

Hai nhà vật lý tại Mỹ gần đây đã phát hiện ra một khả năng giải thích cho một trong những vấn đề lớn nhất cản trở sự phát triển của phản ứng nhiệt hạch. Họ đề xuất một giải pháp, nếu được xác nhận bằng thực nghiệm, sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất trong các tokamak. Đây là lý do để khích lệ hy vọng của chúng ta về việc kiểm soát công nghệ mới này để sử dụng trong sản xuất điện năng.

Thực tế, khi tương lai năng lượng của hành tinh đang là mối quan tâm hàng đầu, phản ứng nhiệt hạch có thể trở thành nguồn năng lượng lý tưởng vì dồi dào và ít gây ô nhiễm. Tuy nhiên, điều kiện nghiêm ngặt để xảy ra phản ứng nhiệt hạch rất khó thực hiện, do đó công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm hiện nay. Mục tiêu xây dựng nhà máy nhiệt hạch, chuyển đổi nhiệt sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch thành điện năng, vẫn còn xa vời. Các cộng đồng khoa học trong và ngoài nước đã tiến hành các dự án lớn để đáp ứng thách thức to lớn này. Quy mô đầu tư khiến một bộ phận dân chúng bối rối. Việc phát triển nhiệt hạch hạt nhân hiện đang là chủ đề tranh luận về tính hợp lý khi đầu tư số tiền lớn cho một kết quả chưa chắc chắn. Trong bối cảnh này, kỳ vọng là rất lớn và cấp bách.

Vì vậy, với sự hào hứng, Luis Delgado-Aparicio và David Gates, cả hai đều là nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, gần đây đã công bố phát hiện của mình.

Họ quan tâm đến các bất ổn có thể xảy ra trong plasma trong các cấu hình tokamak, và đây là vấn đề lớn nhất cản trở sự phát triển của chúng.

Sự xuất hiện của các bất ổn ba chiều gọi là "disruptions" đã được công nhận là không thể tránh khỏi, thậm chí trong điều kiện bảo vệ bình thường.

Chúng tương ứng với việc mất đột ngột và rất nhanh chóng sự giữ kín plasma, và có thể gây hư hại nghiêm trọng đến thiết bị. Ngoài ra, nguy cơ hư hại càng cao khi công suất của tokamak càng lớn. Do đó, prototype tokamak công suất ITER hiện đang được xây dựng tại Cadarache có thể bị hư hại nghiêm trọng toàn bộ hệ thống.

Một trong những nguyên nhân chính của các sự cố này là sự tăng mật độ plasma vượt quá một giá trị tới hạn gọi là "giới hạn Greenwald". Giới hạn này dường như mang tính phổ quát và nguồn gốc của nó vẫn còn là bí ẩn cho đến nay.

Để phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong plasma, cần phải có mật độ và nhiệt độ đủ cao để các hạt nhân nhẹ trong plasma tiếp cận nhau và tái tổ hợp thành các hạt nhân nặng hơn. Quá trình tái tổ hợp này đi kèm với sự giải phóng mạnh mẽ năng lượng dưới dạng nhiệt, mà chúng ta muốn thu hồi để sản xuất điện sau đó. Phản ứng nhiệt hạch này thực tế xảy ra tự nhiên trong Mặt trời và phần lớn các ngôi sao. Về nguyên tắc, càng đưa nhiều năng lượng vào plasma, ta càng mong đợi tăng mật độ, từ đó ưu tiên phản ứng nhiệt hạch. Giới hạn Greenwald mâu thuẫn với trực giác này. Ngoài ra, do tỷ lệ phản ứng hạt nhân tỷ lệ thuận với bình phương mật độ plasma, giới hạn này làm hạn chế hiệu suất của một tokamak có kích thước nhất định. Do đó, các nhà khoa học đã cố gắng giải thích nguồn gốc của nó trong nhiều thập kỷ.

Nghiên cứu sâu sắc của L. Delgado và D. Gates tập trung vào vấn đề này. Họ đề xuất một giải thích mới, khác biệt với giải thích của Greenwald, nhà vật lý từ MIT đã đưa ra phương trình mô tả giới hạn này (và mang tên ông). Lưu ý của tôi: Greenwald không xây dựng phương trình của mình dựa trên cơ sở lý thuyết. Điều này, theo CEA, trong văn bản đăng trên trang web của họ, nhằm làm tôi mất uy tín (và tôi không được quyền phản hồi), được gọi là "luật kỹ sư", tức là một công thức hoàn toàn mang tính thực nghiệm, được suy ra từ quan sát. Bạn có thể tìm thấy công thức tuyệt vời này bằng cách tìm kiếm "Greenwald limit" trên Wikipedia:

Ta thấy rằng theo luật này, là không thể vượt quá giá trị mật độ này trong một tokamak, tỷ lệ thuận với "dòng plasma", dòng điện chạy trong plasma (một triệu rưỡi ampe trong Tore Supra, 15 ampe trong ITER) và tỷ lệ nghịch với bình phương giá trị "bán kính nhỏ" của buồng hình xoắn. Các nghiên cứu này được Greenwald khởi xướng vào những năm 1980 một cách hoàn toàn thực nghiệm.

Quay lại thông cáo được đề cập trong khung này:

Theo Greenwald, bất ổn bắt nguồn từ bức xạ quá mức từ plasma bề mặt làm giảm nhiệt độ, làm tăng điện trở. Dòng điện chạy trong plasma do đó chuyển từ biên tới trung tâm, khiến mật độ dòng tại trung tâm đạt đến ngưỡng (gọi là Kruskal-Shafranov (KS), tỷ lệ với trường từ xoắn) từ đó phát triển bất ổn từ thủy động từ (MHD): plasma cuộn lại và chạm vào thành tokamak, nơi nó nguội đi. Dòng điện plasma do đó bị buộc phải xâm nhập vào thành, dẫn đến hư hỏng.

Tuy nhiên, việc khởi phát và kết thúc quá trình này vẫn chưa rõ ràng.

Cách tiếp cận của L. Delgado và D. Gates tập trung vào các "đảo từ" hình thành khi giới hạn được đạt tới. Họ chỉ ra bằng các phương trình rằng những đảo này là nguyên nhân dẫn đến sụp đổ của plasma.

Mối liên hệ giữa các đảo và sự sụp đổ không phải là điều mới, nhưng mối quan hệ nhân quả chưa từng được làm rõ trong các nghiên cứu trước đó.

Vậy đây là kịch bản mới mà họ đề xuất: các đảo chịu trách nhiệm cho hai tác động tiêu cực:

Một là chúng tích tụ các tạp chất từ thành tokamak làm nguội plasma, và hai là chúng hoạt động như các lá chắn chống lại việc bổ sung thêm năng lượng vào hệ thống. Khi công suất đầu vào nhỏ hơn công suất phát ra từ các đảo do hiệu ứng Joule, cân bằng bị phá vỡ.

Các đảo phát triển cho đến khi đạt kích thước đủ lớn để gây ra sụp đổ dòng điện hỗ trợ giữ kín plasma. Plasma sau đó biến mất trong vài mili giây.

Hiện tại, chỉ còn lại việc kiểm tra các giả thuyết này bằng thực nghiệm, điều này dự kiến sẽ được thực hiện sớm trên các tokamak C-Mod của MIT và DIII-D của General Atomics tại San Diego. Nhờ tầm nhìn mới này về vấn đề, L. Delgado và D. Gates đã nghĩ đến một giải pháp tiềm năng để đạt được mật độ vượt quá giới hạn Greenwald:

đó là tiêm năng lượng trực tiếp vào trung tâm các đảo.

Nếu thao tác này thành công, điều kiện cần thiết cho phản ứng nhiệt hạch (nhiệt độ cao và mật độ lớn) sẽ có thể được thực hiện dễ dàng hơn trong tương lai.

"Nếu..." như người La Mã cổ xưa từng nói. Để biết thêm thông tin, liên hệ:

• Trang web chính thức của "Bộ Năng lượng Hoa Kỳ": http://science.energy.gov/
• Trang web chính thức của "Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton": http://www.pppl.gov/
• Trang web chính thức của ITER: http://www.iter.org/
• Trang web chính thức của "Trung tâm Khoa học và Nhiệt hạch Plasma" tại MIT: http://www.psfc.mit.edu/research/alcator/
• Trang web chính thức của nhóm "Nghiên cứu Năng lượng Nhiệt hạch General Atomics" tại San Diego: https://fusion.gat.com/global/Home
• Bài viết giáo dục của D.F. Escande về plasma nhiệt hạch bị giữ kín từ trường: http://redirectix.bulletins-electroniques.com/9cUmA
• Tài liệu của CEA về nhiệt hạch từ trường: http://www-fusion-magnetique.cea.fr/
• Thông tin tổng quan về nhiệt hạch: http://redirectix.bulletins-electroniques.com/QWoZ1
• BE số 282: "Phát triển nhiệt hạch bằng giữ kín vô hình: các học viện Mỹ ủng hộ": http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69455.htm
  Người viết:

Catherine Marais, Phó chuyên viên khoa học; deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org; Tìm hiểu tất cả các hoạt động của chúng tôi tại http://france-science.org.

Phần tiếp theo được trích từ một bài viết mới hơn (một báo cáo năm 2001)

Nếu bạn đọc bài báo của Greenwald, bạn sẽ thấy nó dựa hoàn toàn vào thực nghiệm, không có cơ sở lý thuyết nào. Đây là thuần túy thực nghiệm. Ông đã nghĩ ra quy luật này theo cảm tính, rồi kiểm tra. Và các đường cong mà họ đưa ra dường như phù hợp với những gì ông tưởng tượng. Nhưng không có mối liên hệ nhân quả rõ ràng nào. Điều này cho thấy sự yếu kém trong cách các nhà lý thuyết tiếp cận vấn đề plasma nóng dưới tác động của từ trường.

Greenwald là một nhà thực nghiệm, người đã làm luận án của mình về máy ALCATOR tại Mỹ vào những năm 1980. Ông đã tăng dần mật độ trong buồng bằng cách tiêm các viên băng hydro đông lạnh. Điều này tạo ra sự gia tăng mật độ cục bộ, nhưng nhanh chóng lan tỏa khắp buồng. Ông đã phát hiện ra một giá trị giới hạn mật độ, và cố gắng xác định nó với các giá trị dòng plasma khác nhau, tham số mà ông có thể điều chỉnh. Ở đây, ông nhận thấy mật độ tới hạn phụ thuộc vào bình phương cường độ dòng này, khá chính xác. Nhưng đó chỉ là một nhận xét thuần túy từ thực nghiệm.

/NUCLEAIRE/ITER/ITER_fusion_non_controlee/greewald_limit_1988.pdf

Sau đó, ông đã tinh chỉnh công trình của mình, và phần sau được trích từ một báo cáo năm 2001

Một trong những biểu đồ mà Greenwald đã ghi nhận các trường hợp disruption.

Về disruption, ông đưa ra trong bài báo một đường cong thể hiện sự đột ngột của sự sụp đổ dòng điện:

Dưới đây là kết luận mà Greenwald đưa ra:

• Đây là một bước tiến đáng kể để hiểu vấn đề vừa quan trọng vừa thú vị này (...)

• Thật đáng kinh ngạc khi một quy luật thực nghiệm đơn giản có thể kiểm soát một vấn đề phức tạp đến vậy.

• Việc quy luật này có thể áp dụng cho nhiều hệ thống giữ kín khác nhau là điều đáng chú ý.

• ........

• Nhưng hiểu rõ nguyên nhân của hiện tượng này vẫn là một thách thức.

Chúng ta đã bắt đầu thử nghiệm trên các tokamak từ những năm 1950, nghĩa là đã hoạt động trong hàng thập kỷ mà không hiểu gì về hiện tượng đột ngột, tàn phá này. Tôi nhớ cuộc gọi điện kéo dài một giờ mà tôi đã có với Philippe Gendrih, giám đốc nghiên cứu tại IRFM, người đã mô tả giới hạn Greenwald là "một yếu tố quan trọng".

Do đó, đây là sự kiểm soát thực nghiệm của một hiện tượng, cụ thể hóa cách đây khoảng một phần tư thế kỷ bằng một "luật kỹ sư", mà sự hiểu biết về nó chưa tiến bộ chút nào kể từ đó.

Lưu ý rằng Gendrih kiên quyết từ chối mọi cuộc đối đầu trực tiếp với tôi, có quay phim (và do đó phát trực tuyến).

"Luật kỹ sư" do Greenwald đưa ra, như một kẻ ngốc đã viết mười trang về tôi trên trang web của CEA, là một ví dụ điển hình về toàn bộ những gì chúng ta có để điều khiển một tokamak, một thiết bị cũng rắc rối như ITER. Bạn đã đọc rằng Greenwald cho rằng các disruption bắt nguồn từ hiện tượng xảy ra gần bề mặt, rồi lan ra trung tâm plasma.

Chúng ta có thể chấp nhận điều khiển một thí nghiệm nhỏ bằng các "luật kỹ sư", nhưng việc dựa vào những công cụ điều khiển như vậy cho "thí nghiệm vật lý lớn nhất từng được dựng lên trên thế giới" là hành động thiếu trách nhiệm.

Bài báo được đề cập trong trang này, của L. Delgado và D. Gates, đã được ca ngợi là "một phát hiện lớn" trên tạp chí "l'Usine Nouvelle". Delgado và Gates cho rằng các disruption bắt nguồn từ trung tâm plasma, chứ không phải từ các bất ổn bề mặt gây làm mát, lan ra trung tâm (như Greenwald đã nói). Họ đề cập đến các "đảo" này, vốn có xu hướng hình thành trong plasma và là dạng rối từ quy mô lớn. Thực tế, tiến bộ của các nhà nghiên cứu này nằm ở việc đưa ra các thuật ngữ trong một phương trình.

Plasma trong tokamak bị ô nhiễm một cách tất yếu, do bóc tách nguyên tử, bụi vi mô từ thành. Những nguyên tử hoặc tập hợp nguyên tử này có số nguyên tử lớn (ví dụ như vonfram, khi bị ion hóa có thể mang hàng chục điện tích). Các ion này là nguyên nhân làm tăng tổn thất bức xạ do bức xạ hãm. Loại bức xạ này tăng theo bình phương điện tích ion. Do đó, ô nhiễm bởi các ion bong ra từ thành = làm nguội plasma do bức xạ. Dưới một nhiệt độ nhất định, plasma trở lại có điện trở.

Trước khi disruption xảy ra, điện trở của plasma là cực kỳ nhỏ. Trong ITER, chúng ta sẽ tạo ra dòng điện 15 triệu ampe bằng từ trường cảm ứng (do từ trường tăng chậm dần được tạo bởi cuộn dây solenoid gần trục máy, đặt thẳng đứng), từ trường cảm ứng này nhỏ hơn 1 volt trên mét. Do đó, điện trở của plasma ở mức vài phần triệu ohm. Có hai lý do. Thứ nhất, plasma có mật độ thấp (áp suất nạp tương đương 1/100 mm thủy ngân). Thứ hai, các electron khi di chuyển với tốc độ cao, xác suất tương tác với các ion giảm mạnh. Trong khi đó, hiệu ứng Joule thực chất đến từ va chạm giữa electron và ion.

Một hiện tượng khác, hoàn toàn chưa được kiểm soát về mặt lý thuyết, phải tham gia. Những hạt bụi này, phân bố trong toàn bộ thể tích plasma, có thể tạo ra các rối nhỏ. Chúng ta biết gì về điều này? Không nhiều. Lý do đơn giản là chúng ta hoàn toàn bất lực trong việc mô phỏng số học hành vi của những hạt bụi này.

Các bất ổn vi mô thuộc về thế giới plasma phi cân bằng và do đó không diễn ra trong không gian ba chiều, mà trong không gian sáu chiều (ba cho vị trí, ba cho vận tốc). Chúng ta biết rằng các bất ổn vi mô có thể xuất hiện trong plasma nhiệt hạch. Chính chúng cho phép đạt được nhiệt độ hàng tỷ độ trong các máy Z, hiện tượng được phát hiện năm 2005 bởi Malcom Haines. Trong các dải plasma cực kỳ đặc này, chúng làm tăng xác suất va chạm giữa các electron di chuyển với tốc độ rất lớn (và đại diện cho dòng điện lên tới hàng chục triệu ampe) và các cụm ion mang nhiều điện tích. Từ đó tạo ra "điện trở bất thường", điều mà hiện nay không ai còn tranh cãi, sau một chiến dịch tuyên truyền Mỹ dữ dội từ 2006 đến 2010.

Như tôi đã viết, niềm vui của người này có thể trở thành nỗi đau của người khác. Chúng ta không thấy tại sao hay cách nào các bất ổn vi mô lại không thể hình thành trong các tokamak, gây ra các disruption.

Hãy lấy ví dụ về máy bay lượn. Chúng ta đạt được độ mảnh tuyệt vời (52) với bề mặt cực kỳ trơn tru. Con số này đơn giản có nghĩa là một máy bay lượn như vậy có thể trong không khí yên lặng vượt qua 52 km với độ giảm chiều cao chỉ 1 km!

Tất cả vì chúng ta trì hoãn tối đa sự xuất hiện của rối loạn, nguyên nhân gây tăng lực cản. Buổi tối sau một chuyến bay, chúng ta vệ sinh cánh máy bay bằng miếng bọt biển và nước, rồi bảo vệ chúng khỏi bụi bằng những "tất lớn".

Hãy tưởng tượng một đêm nào đó, bụi bám vào cánh máy bay