Технологія ядерного синтезу обіцяє відкрити людству необмежене джерело електричної енергії, але уже пройшло півстоліття, а вона все ще залишається в статусі «запустимо через 30 років». Існує купа технічних проблем стабільності реактора ядерного синтезу і нещодавно вчені заявили, що вирішити їх допоможе майонез. Так, той майонез, що ви додаєте до пельменів та намазуєте на хліб.
Будучи неньютонівською емульсією, майонез може запропонувати ідеї для стабілізації ядерної плазми. Неньютонівська рідина – це суміш звичайної рідини та твердих часток, внаслідок чого така рідина може змінювати свою щільність під зовнішнім впливом.
Вчені Ліхайського університету усвідомили, що п’ять років працювали над дивовижною темою фізики: майонезом, прикладом «м’якої твердої речовини», яка може містити ключ до стабілізації реакцій ядерного синтезу (https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.109.055103).
«Пружно-пластична» природа майонезу означає, що він довше витримує нестабільність. Це може допомогти вченим додати структури та передбачуваності хаотичній ядерній плазмі.
Давайте поговоримо про майонез. Цю страву готують шляхом змішування яйця, лимонного соку та зазвичай гірчиці, а потім збивання у блендері з додаванням нейтральної олії. Яйце та гірчиця самі по собі є емульгаторами, але хоча гірчиця надає трохи тілесності класичним рецептам, яйце є наступним рівнем і створює кремоподібну та стійку емульсію з повним тілом. І хоча «айолі» стало скороченням для майонезу з додаванням часнику, оригінальний і класичний рецепт використовує лише часник для емульгування; без яєць він також залишається менш стабільним.
Як це пов’язано з ядерним синтезом? У новому експерименті вчені Ліхайського університету Арен Боячі та Аріндам Банерджі використовували майонез для вивчення критичного моменту, коли еластичний матеріал стає пластичним. Еластичні матеріали можуть деформуватися, а потім повертатися до своєї первісної форми.
Автори дослідження пишуть: «Майонез поводиться або як рідина, що розріджується при зсуві, або як пружно-пластична тверда речовина залежно від накладеної деформації; критична точка переходу між цими двома станами визначається як межа текучості».
Встановлюючи межу текучості та залишаючись на стороні пружності, вчені можуть ідентифікувати «максимальні пружні деформації, які можна повністю відновити», тобто максимальну кількість, яку ми можемо підштовхнути до майонезу, перш ніж він повністю втратить свою еластичність і стане деформованим і пластичним. Еластично-пластична природа майонезу (демонструє обидві властивості одночасно) означає, що він унікально підходить для демонстрації цієї розширеної еластичної зони, що дозволяє вченим вивчати, як уникнути деформації матеріалів і створення турбулентності.
Коли дві рідини стикаються одна з одною та мають різну щільність, це створює реакцію, яка називається нестабільністю Релея-Тейлора (RTI). Ви бачили це, якщо коли-небудь лили олію у воду. Спільна площа поверхні, або межа розділу між двома рідинами стає турбулентною, коли вони борються за щільність. У космічному просторі плазмові хмари реагують так само, як вони просуваються в менш щільні області, створюючи драматичні хмари пальців космічного масштабу.
Під час експериментів із реакцією RTI вчені спостерігали те, що вони називають «шийкою», коли концентрація фізичного навантаження може деформувати рідину в довгий вусик, якому важче утримувати форму. Подумайте про те, як розплавлений віск лавової лампи розтягується, а потім розривається по колу, або як налита олія у воду швидко перетворюється в мільйон крихітних крапель, замість того, щоб триматися разом.
Це турбулентне змішування є тим руйнуванням, яке вчені не можуть собі дозволити, коли справа доходить до ядерного синтезу, де розпечена сонцем плазма повинна підтримуватися якомога одноріднішою, незважаючи на дрібні природні варіації, які виникають внаслідок використання обладнання, створеного людиною, і природного обладнання. матеріалів.
Тож не дивно, що, коли Боячі та Банерджі змогли мінімізувати гарячі точки стресу, які зазвичай призводили до цього перерізу, вони змогли зменшити нестабільність і зберегти свої зразки більш стабільними довше. Вони зробили це шляхом максимального збільшення довжини хвилі збурення, тобто його ширини, і мінімізації його величини, що означає, наскільки глибоко збурення може проникнути. Замість довгого вузького пальця можна налаштувати умови для створення м’якого пагорба, який ніколи не стане шиєю.
Майонез є зіркою шоу частково тому, що це неньютонівська рідина, як і тісто, виготовлене із води та борошна. В’язкість цих рідин не поводиться так, як передбачив Ісаак Ньютон, оскільки вони змінюються залежно від сил, які до них прикладаються. Майонез може демонструвати не найбільшу фізичну стійкість до впливу, але він та інші емульсії можуть витримати певне навантаження, перш ніж вони деформуються.
За матеріалами: Popular Mechanics
