Fyzici vyřešili záhadu jaderné fúze majonézou

Stejná fyzika, která je základem majonézy, by mohla fyzikům pomoci usměrnit ultrahorké plazma potřebné k jaderné fúzi.

Technologie jaderné fúze by mohla prorazit z nečekaného objektu: z majonézy. O této nezvyklé zajímavosti informuje veřejnost portál Livescience.com.

V nové studii, která byla v květnu zveřejněna v časopise Physical Review E, vědci vložili kořeněný krém do stroje na výrobu pěny a roztočili ho, aby zjistili, za jakých podmínek se rozteče.

„Použili jsme majonézu, protože se chová jako pevná látka, ale když je vystavena gradientu tlaku, začne téct,“ uvedl hlavní autor studie Arindam Banerjee, strojní inženýr z Lehigh University v Pensylvánii.

Tento proces by mohl pomoci objasnit fyzikální jevy, k nimž dochází při ultravysokých teplotách a tlacích uvnitř reaktorů jaderné fúze – aniž by bylo nutné tyto extrémní podmínky vytvořit.

Jaderná fúze vytváří helium z vodíku v srdcích hvězd. Teoreticky by mohla být zdrojem téměř neomezeného množství čisté energie na Zemi – pokud by reakce dokázala vyrobit více energie, než je potřeba k jejímu provozu.

Podle NASA probíhá fúze ve hvězdách při teplotě 15 milionů stupňů Celsia. A mohutná gravitace hvězdy tlačí atomy vodíku k sobě, čímž překonává jejich přirozené odpuzování. Na Zemi však takové tlaky nemáme, takže fúzní reaktory vyrobené lidmi musí pracovat s 10krát vyšší teplotou než Slunce.
Aby vědci dosáhli těchto teplot, používají několik přístupů, včetně jednoho, který se nazývá inerciální udržení.

Při tomto procesu fyzikové zmrazují granule plynu o velikosti hrášku – obvykle směs těžkých izotopů nebo verzí vodíku – do kovových kapslí. Poté tyto kuličky odpálí laserem, čímž se plyn v mžiku zahřeje na 222 milionů stupňů Celsia – a v ideálním případě se změní na plazmu, ve které může dojít k fúzi, uvádí se v prohlášení.

Naneštěstí se chce plynný vodík rozpínat, což způsobí, že roztavený kov exploduje dříve, než se vodík stihne spojit. K této explozi dojde, když se kovová kapsle dostane do nestabilní fáze a začne téct.

Banerjeeho tým na to přišel

Banerjeeho tým si uvědomil, že roztavený kov se při nižších teplotách chová podobně jako majonéza: Může být pružný, což znamená, že se po zatlačení odrazí, nebo plastický, což znamená, že se neodrazí, nebo tekoucí.

„Pokud majonézu zatížíte, začne se deformovat, ale pokud napětí odstraníte, vrátí se do původního tvaru,“ řekl. „Existuje tedy elastická fáze, po které následuje stabilní plastická fáze. Další fáze nastává, když začne téct, a v té se projeví nestabilita.“

V nové studii vědci umístili majonézu do stroje, který urychloval emulzi vajec a oleje, dokud nezačala téct. Poté charakterizovali podmínky, za kterých ingredience přecházely mezi plastickým, pružným a nestabilním stavem.
„Zjistili jsme, za jakých podmínek je možné pružné zotavení a jak je lze maximalizovat, aby se zpozdila nebo zcela potlačila nestabilita,“ uvedl Banerjee.

Studie také zjistila, za jakých podmínek je možné získat více energie.

Majonéza a ultra horké kovové kapsle se samozřejmě v mnoha ohledech liší. Takže se teprve ukáže, zda lze výsledky týmu převést na pelety s plazmou mnohonásobně žhavější než Slunce.

Zdroj: Livescience