Технология ядерного синтеза может получить прорыв благодаря неожиданному источнику: майонезу.
В новом исследовании, опубликованном в мае в журнале Physical Review E, учёные поместили этот кремообразный соус в машину для взбивания и заставили её вращаться, чтобы увидеть, какие условия заставляют его течь.
«Мы задействовали майонез, потому что он ведёт себя как твёрдое вещество, но под воздействием градиента давления он начинает течь», — сказал Ариндам Банерджи (Arindam Banerjee), ведущий автор исследования и инженер-механик из Университета Лихай в Пенсильвании.
Этот процесс может помочь пролить свет на физику, которая происходит при сверхвысоких температурах и давлениях внутри термоядерных реакторов, без необходимости создавать эти экстремальные условия.
Ядерный синтез позволяет получить гелий из водорода в сердце звёзд. Теоретически это могло бы стать источником почти безграничной чистой энергии на Земле — если бы реакция могла производить больше энергии, чем требуется для её проведения.
Это трудная задача. По данным NASA, звёздный синтез происходит при температуре 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию). А огромная гравитация звезды сталкивает атомы водорода вместе, преодолевая их естественное отталкивание. Однако на Земле такого сокрушительного давления нет, поэтому созданные человеком термоядерные реакторы должны работать при температурах в 10 раз выше, чем у Солнца.
Чтобы достичь таких умопомрачительных температур, учёные используют несколько подходов, в том числе один, называемый инерционным удержанием.
В этом процессе физики замораживают гранулы газа размером с горошину — обычно смесь тяжелых изотопов или версий водорода — в металлические капсулы. Затем они взрывают гранулы лазерами, которые мгновенно нагревают газ до 400 миллионов градусов по Фаренгейту (222 миллиона градусов Цельсия) — и, в идеале, превращают его в плазму, где может произойти термоядерный синтез, согласно заявлению.
К сожалению, газообразный водород стремится расширяться, что приводит к взрыву расплавленного металла до того, как водород успевает слиться. Этот взрыв происходит, когда металлическая капсула переходит в нестабильную фазу и начинает течь.
Команда Банерджи поняла, что расплавленный металл при более низких температурах ведёт себя во многом как майонез: он может быть эластичным, то есть отскакивать назад, когда вы на него нажимаете, или пластичным, то есть не отскакивать назад и не течь.
«Если вы подвергнете майонез нагрузке, он начнёт деформироваться, но если вы нагрузку уберёте, он вернётся к своей первоначальной форме, — сказал он. — Итак, существует упругая фаза, за которой следует стабильная пластическая фаза. Следующая фаза — когда он начинает течь, и именно здесь начинается нестабильность.»
В новом исследовании учёные поместили майонез в аппарат, который ускорял эмульсию из яиц и масла до тех пор, пока она не начинала течь. Затем они охарактеризовали условия, при которых приправа переходила между пластичным, эластичным и нестабильным состояниями.
«Мы нашли условия, при которых возможно упругое восстановление, и то, как его можно максимизировать, чтобы задержать или полностью подавить нестабильность», — сказал Банерджи.
Исследование также выявило условия, при которых возможно получить больше энергии.
Конечно, майонез и ультрагорячие металлические капсулы во многом отличаются. Так что пока ещё неизвестно, можно ли применить результаты команды к частице плазмы, во много раз более горячей, чем Солнце.
