حل معمای همجوشی هسته‌ای با کمک سس مایونز!

در مطالعه جدیدی که در ماه می منتشر شد، دانشمندان چاشنی خامه‌ای را در دستگاه همزن ریختند و آن را هم زدند تا ببینند چه شرایطی باعث جریان یافتن آن می‌شود.

آریندام بانرجی، مهندس مکانیک دانشگاه لیهای پنسیلوانیا و سرپرست این مطالعه در این رابطه گفت: «ما برای این پروژه از سس مایونز استفاده کردیم؛ چراکه گرچه رفتاری مثل یک ماده جامد دارد ولی وقتی تحت یک گرادیان فشار قرار ‌گیرد، به جریان در ‌می‌آید.»

این فرآیند می‌تواند برای توضیح آنچه در مواجهه با دماها و فشارهای فوق‌العاده در داخل راکتورهای همجوشی هسته‌ای رخ می‌دهد، به علم فیزیک کمک کند؛ بدون آنکه به ایجاد آن شرایط سخت نیازی باشد.

همجوشی هسته‌ای در قلب ستاره‌ها باعث ایجاد هلیوم از هیدروژن می‌شود. در تئوری، این منبع تقریباً بی‌پایانی از انرژی پاک در زمین خواهد بود؛ درصورتی‌که این واکنش می‌تواند انرژی بیشتری از آنچه برای اجرا نیاز دارد را تولید کند.

طبق گفته ناسا، همجوشی با نیروی ستاره‌ها در دمای ۱۵ میلیون درجه سانتی‌گراد رخ می‌دهد و گرانش عظیم یک ستاره، اتم‌های هیدروژن را به هم متصل کرده و بر دافعه طبیعی آن‌ها غلبه می‌کند؛ اما بر روی سطح کره زمین، از آن فشارهای خردکننده خبری نیست؛ درنتیجه راکتورهای همجوشی ساخت بشر باید ۱۰ برابر گرم‌تر از خورشید کار کنند.

سه راهکار برای رسیدن به دمای نجومی

دانشمندان برای رسیدن به این دماهای حیرت‌انگیز، از چند رویکرد مختلف استفاده می‌کنند که یکی از آن‌ها محصورسازی اینرسی است.

در این فرآیند، فیزیک‌دانان گلوله‌های گازی به‌اندازه نخود (که معمولاً ترکیبی از ایزوتوپ‌های سنگین یا نسخه‌های هیدروژن هستند) را در کپسول‌های فلزی منجمد می‌کنند. در ادامه گلوله‌ها را با لیزر منفجر می‌کنند و بدین ترتیب در یک‌لحظه، دمای گاز تا ۲۲۲ میلیون درجه سانتی‌گراد بالا می‌رود و در ایده‌آل‌ترین حالت، آن را به پلاسمایی تبدیل خواهد کرد که در آن همجوشی رخ می‌دهد.

گاز هیدروژن می‌خواهد منبسط شود و همین باعث می‌شود که فلز مذاب قبل از اینکه هیدروژن زمانی برای ذوب شدن بیابد، منفجر شود. این انفجار زمانی رخ می‌دهد که کپسول فلزی وارد فاز ناپایدار شده و شروع به جریان می‌کند.

اعضای تیم بانرجی دریافتند که فلزمذاب در دماهای پایین‌تر، شبیه سس مایونز عمل می‌کند: می‌تواند الاستیک باشد؛ به این معنا که وقتی آن را فشار می‌دهید به عقب برمی‌گردد. درعین‌حال می‌تواند پلاستیک باشد؛ بدین معنا که به عقب برنمی‌گردد یا جریان پیدا نمی‌کند.

او دراین‌باره گفت: «اگر سس مایونز را تحت‌فشار قرار دهید، شروع به تغییر شکل می‌کند، اما اگر استرس را از روی آن بردارید، به شکل اولیه‌اش برمی‌گردد. بدین ترتیب یک فاز الاستیک و در پی آن یک فاز پلاستیک پایدار وجود خواهد داشت.»

در مطالعه جدید، محققان سس مایونز را در دستگاهی قراردادند که با شتاب دادن به امولسیون تخم‌مرغ و روغن، آن را جاری می‌کرد. در ادامه آن‌ها ویژگی‌های شرایطی که در آن سس بین حالت‌های پلاستیک، الاستیک و ناپایدار تغییر می‌کرد را مشخص کردند.

بانرجی گفت: «ما شرایطی را یافتیم که تحت آن بازیابی الاستیک امکان‌پذیر باشد و به بررسی اینکه چگونه می‌توان تأخیر در آن و یا سرکوب کامل بی‌ثباتی به حداکثر رساند، پرداختیم.»

در این مطالعه در عین حال مشخص شد که چه شرایطی اجازه تولید انرژی بیشتری را فراهم خواهد کرد. البته ماجرای سس مایونز و کپسول‌های فلزی فوق داغ از بسیاری جهات با هم متفاوت هستند؛ بنابراین باید دید که آیا یافته‌های این تیم را می‌توان به گلوله‌ای از پلاسمای چند برابر داغ‌تر از خورشید مرتبط کرد؟