Изображение предоставлено: Бончан и DrPixel / Getty Images; коллаж Мэрилин Перкинс
В области ядерного синтеза, который обещает стать источником практически неограниченной чистой энергии, неожиданный прорыв был сделан благодаря весьма необычному объекту исследования – майонезу.
В новом исследовании, опубликованном в мае в журнале Physical Review E, ученые провели эксперимент, в котором поместили этот кремообразный соус в специальную машину с вращающимся колесом, чтобы наблюдать за его поведением под воздействием различных условий (1).
«Мы используем майонез, потому что он ведет себя как твердое тело, но при воздействии градиента давления начинает течь,» — объяснил ведущий автор исследования, инженер-механик из Университета Лихай (Пенсильвания) Ариндам Банерджи (2).
Этот процесс может помочь понять физику, происходящую при сверхвысоких температурах и давлениях внутри ядерных реакторов, не создавая при этом экстремальные условия на практике.
Ядерный синтез, происходящий в недрах звезд, преобразует водород в гелий. В теории, эта реакция могла бы стать источником практически бесконечной чистой энергии на Земле — если бы процесс мог производить больше энергии, чем потребляет.
Однако это невероятно сложная задача: звезды достигают температур порядка 15 миллионов градусов Цельсия, согласно данным NASA, и их массивная гравитация заставляет атомы водорода преодолевать их естественное отталкивание друг от друга. На Земле, где таких давлений нет, созданные человеком реакторы должны работать при температурах, в 10 раз превышающих солнечные (3, 4).
Чтобы достичь таких умопомрачительных температур, ученые используют различные подходы, включая метод, называемый инерционным удержанием.
В этом процессе физики замораживают небольшие гранулы газа — обычно смесь тяжелых изотопов водорода — в металлические капсулы. Затем они обстреливают гранулы лазерами, что приводит к мгновенному нагреву газа до 222 миллионов градусов Цельсия, создавая плазму, где и может произойти синтез, согласно заявлению ученых.
К сожалению, газообразный водород стремится расширяться, что вызывает взрыв расплавленного металла до того, как водород успеет синтезироваться. Этот взрыв происходит, когда металлическая капсула входит в нестабильную фазу и начинает течь (5).
Команда Банерджи обнаружила, что расплавленный металл ведет себя во многом как майонез при более низких температурах: он может быть эластичным, что означает его способность восстанавливать форму после деформации, или пластичным, что означает, что он не восстанавливается, либо начинает течь.
«Если вы воздействуете на майонез силой, он начнет деформироваться, но если убрать силу, он вернется к своей первоначальной форме,» — пояснил Банерджи. «Сначала идет эластичная фаза, за которой следует стабильная пластическая фаза. Следующая фаза — это когда он начинает течь, и именно здесь начинается нестабильность.»
В рамках нового исследования ученые поместили майонез в машину, которая ускоряла эмульсию из яиц и масла до тех пор, пока она не начинала течь. Затем они характеризовали условия, при которых соус переходил из пластического в эластическое и нестабильное состояние.
«Мы обнаружили условия, при которых было возможно эластичное восстановление, и как его можно было бы максимально усилить, чтобы задержать или полностью подавить нестабильность,» — сказал Банерджи.
Исследование также выявило, какие условия позволяли добиться большего выхода энергии.
Конечно, майонез и ультрагорячие металлические капсулы во многом отличаются. Поэтому пока еще неизвестно, удастся ли команде применить свои выводы к плазме, температура которой в несколько раз выше солнечной.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
