A Lehigh Egyetem kutatói majonézzel kísérleteznek, hogy megfejtsék a magfúzió titkait, a korlátlan, tiszta energia potenciális forrását – írja Interesting Engineering. Ez a kutatás korábbi, 2019-ben közzétett munkájukra épül, amelynél szintén majonézt használtak a fúzió mögötti fizika megértéséhez.
A majonéznek ez a tulajdonsága utánozza a plazma viselkedését hasonló körülmények között.
A magfúzió – a Napot működtető folyamat – a korlátlan energia potenciális forrása lehet. A Nap szélsőséges körülményeinek földi reprodukálása azonban kihívást jelent. A fúzió megvalósításának egyik megközelítése az inerciális bezárású fúzió. Ez a technika a fúziós reakciók üzemanyagát jelentő hidrogénizotópokkal töltött apró kapszulák összenyomásával és felmelegítésével jár. A hatalmas nyomás és hőmérséklet hatására az üzemanyag plazmává, azaz az anyag töltött állapotává alakul, amely energiát képes termelni.
„Ezekben a szélsőséges esetekben több millió kelvin és gigapascal nyomásról beszélünk, amivel a Napban uralkodó körülményeket próbáljuk szimulálni” – tette hozzá Banerjee.
A Nap szélsőséges körülményeinek laboratóriumi reprodukálása kihívást jelent. (Fotó: Canva)
Az inerciális bezárású fúzió fő akadályai közé tartozik azonban a hidrodinamikai instabilitások kialakulása.
„Az egyik fő probléma ezzel a folyamattal kapcsolatban az, hogy a plazmaállapotban kialakulnak ezek a hidrodinamikai instabilitások, amelyek csökkenthetik az energia-hozamot” – emelte ki Banerjee.
A Rayleigh-Taylor-instabilitás ellenőrzött környezetben történő tanulmányozásához a kutatócsoport a majonézt választotta, amelyhez a Banerjee Turbulent Mixing Laboratory-ján belül egy egyedi építésű, egyedülálló forgó kerékberendezést használtak a plazma áramlási körülményeinek utánzására. A majonéz felhasználásával a kutatók az instabilitást anélkül vizsgálhatták, hogy extrém hőmérsékletekre és nyomásra lett volna szükség, amelyeket laboratóriumi körülmények között nehéz elérni és ellenőrizni.
A kutatócsoport azt vizsgálta, hogy az anyagtulajdonságok, a perturbációs geometria és a gyorsulási sebesség hogyan befolyásolja a Rayleigh-Taylor-instabilitás különböző fázisai közötti átmenetet.
Olyan feltételeket találtak, amelyek mellett lehetséges a rugalmas helyreállás, amikor az anyag a nyomás megszűnése után visszatér eredeti alakjához.
„A hagyományos olvasztott fémhez hasonlóan, ha nyomást helyezünk a majonézre, az elkezd deformálódni, de ha megszüntetjük a nyomást, visszanyeri eredeti alakját” – magyarázta Banerjee. „Tehát van egy rugalmas fázis, amelyet egy stabil plasztikus fázis követ. A következő fázis az, amikor elkezd folyni, és itt lép be az instabilitás.”
A kutatócsoport felfedezése döntő fontosságú lehet az instabilitás késleltetésében vagy akár teljes megszüntetésében, ezáltal javítva a fúziós folyamat hatékonyságát. Így megtalálták azokat a feltételeket, amelyek mellett a rugalmas helyreállás lehetséges, és annak módját, hogyan lehetne ezt maximalizálni az instabilitás késleltetése vagy teljes visszaszorítása érdekében.
Ez segíthet olyan fúziós kapszulák tervezésében, amelyek soha nem válnak instabillá. Bár a majonéz tulajdonságai jelentősen eltérnek a fúziós kísérletekben használt plazma tulajdonságaitól, a kutatók úgy vélik, hogy eredményeik az anyagok széles körére alkalmazhatók.
Kiemelt kép forrása: Canva
K. Lili
