حل مشکل مهار پلاسمای فوق‌ داغ در همجوشی هسته‌ای با الهام از سس مایونز

پژوهشگران می‌گویند که در آزمایش‌های آن‌ها، فلز مذاب در دماهای پایین‌تر شبیه به سس مایونز عمل می‌کند، به این معنی که هم حالت ارتجاعی نشان می‌دهد و هم حالت پلاستیکی، یعنی به حالت اولیه‌اش بازنمی‌گردد

تصویر تزئینی همجوشی هسته‌ای و سس مایونز-با استفاده از هوش مصنوعی

دانشمندان به‌تازگی با الهام گرفتن از عملکرد سس مایونز راهی برای درک فرایند همجوشی هسته‌ای (nuclear fusion)‌ پیدا کرده‌اند. آن‌ها با قرار دادن سس مایونز در ماشین کره‌گیری آن را به چرخش درآوردند تا روند تبدیل شدنش به ماده‌‌ای روان را بررسی کنند.

به گزارش لایوساینس، آریندام بانرجی، مهندس مکانیک در دانشگاه لیهای پنسیلوانیا و نویسنده اصلی این مقاله که در فیزیکال‌ریویو منتشر شده است، می‌گوید سس مایونز اصولا مانند جامدات رفتار می‌کند، اما زمانی که تحت یک گرادیان فشار (Pressure gradient، شیب فشار) قرار می‌گیرد ویژگی‌های مایعات را نشان می‌دهد و جاری می‌شود. او گفت: «آزمایش روی سس مایونز درواقع تلاشی است برای دستیابی به آلیاژی از فلز که بتوان طی فرایند همجوشی هسته‌ای در ساخت محفظه فلزی پلاسمای داغ از آن استفاده کرد بی‌آنکه منفجر شود.»

همجوشی هسته‌ای همان فرایندی است که در دل بزرگ‌ترین ماشین همجوشی منظومه شمسی ما یعنی خورشید نیز اتفاق می‌افتد. همجوشی با انرژی ستاره‌ای در دمای ۱۵ میلیون درجه سانتی‌گراد رخ می‌دهد اما، به گفته دانشمندان، مشکل اصلی در تقلید کامل فرایند همجوشی هسته‌ای روی زمین این است که پلاسما را در دمای فوق‌العاده بالا نمی‌‌توان حفظ کرد، چرا که راکتورهای همجوشی مصنوعی باید ده برابر داغ‌تر از خورشید کار کنند.

حفظ حالت پلاسما در خورشید به‌دلیل نیروی گرانش شدید حاصل از جرم زیاد، شدنی و امکان‌پذیر است، اما اینجا روی زمین، با توجه به جرم کم و درنتیجه نیروی گرانش کمتر، انجام دادن این کار بسیار دشوار است.

Read More

This section contains relevant reference points, placed in (Inner related node field)

به گفته دانشمندان، در آزمایش‌های مربوط به همجوشی هسته‌ای، درجه حرارت پلاسما به حدی زیاد است که هیچ ماده جامدی قادر به تحمل آن نیست، از این رو دانشمندان برای مهار قدرت همجوشی از میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌کنند.

دانشمندان می‌گویند اگر بتوانیم قوانین فیزیکی حفظ پایداری پلاسما را پیدا کنیم بشر خواهد توانست به انرژی پایدار همجوشی دست پیدا کند. تولید انرژی پایدار حاصل از همجوشی هسته‌ای یکی از رویاهای دیرینه فیزیک‌دانان است که می‌تواند یک منبع نامحدود و پاک انرژی را در اختیار انسان بگذارد و به نیاز ما به سوخت‌های فسیلی پایان دهد.

پژوهشگران می‌گویند که در آزمایش‌های آن‌ها، فلز مذاب در دماهای پایین‌تر شبیه به سس مایونز عمل می‌کند، به این معنی که هم حالت ارتجاعی نشان می‌دهد و هم حالت پلاستیکی، یعنی به حالت اولیه‌اش بازنمی‌گردد.

به گفته بانرجی، اگر سس مایونز را تحت فشار قرار دهیم شروع به تغییر شکل می‌کند، اما وقتی فشار را متوقف می‌کنیم به حالت نخستش بازمی‌گردد.

از این رو ما با یک فاز ارتجاعی یا کشسان مواجهیم و در ادامه با یک فاز پلاستیکی ثابت. فاز بعدی جاری شدن مایونز است، یعنی دقیقا همان جایی که وضعیت ناپایدار آغاز می‌شود.

محققان در جریان آزمایش‌هایشان سس مایونز را درون دستگاهی آزمایشگاهی قرار دادند که به امولسیون (نامیزه)‌ تخم‌مرغ و روغن شتاب می‌داد تا سس مایونز جاری شود. محققان مهندسی مکانیک با استفاده از این شبیه‌سازی موفق شدند حالت‌های پلاستیکی، کشسانی و ناپایدار در جریان تغییر وضعیت سس مایونز را مشخص کنند.

بانرجی در همین زمینه می‌گوید: «ما به شرایطی رسیدیم که در آن بازیابی حالت کشسانی ممکن است و دریافتیم که چگونه می‌شود از آن برای به تاخیر انداختن یا از میان بردن ناپایداری بهره برد.»

پژوهشگران می‌گویند در جریان این شبیه‌سازی می‌توان دریافت که بهترین حالت برای استخراج بیشترین میزان انرژی کدام است.

با این همه به نظر می‌رسد برای دستیابی به نیروگاه همجوشی هسته‌ای هنوز راهی طولانی در پیش باشد و به تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه نیاز است.

پژوهشگران در عین حال یادآور می‌شوند که طبیعتا سس مایونز و کپسول‌های فلزی فوق‌العاده داغ از بسیاری جهات با یکدیگر متفاوت‌اند. بنابراین باید دید آیا یافته‌های این گروه تحقیقاتی می‌تواند به یک گلوله پلاسمایی نیز که ده‌ها برابر داغ‌تر از خورشید است تعمیم داده شود یا نه.

بیشتر از علوم