Sandviçten'ten Damlayan Mayonez 'Kararlı' Nükleer Füzyonu Açığa Çıkarabilir

Mayonez tipik olarak katı gibi davransa da, bir basınç gradyanına maruz kaldığında, karşılaştırılabilir koşullar altında plazmaya benzer bir şekilde akmaya başlar... Lehigh Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, sınırsız, temiz enerjinin potansiyel bir kaynağı olan nükleer füzyonun sırlarını açığa çıkarmak için mayonezle deneyler yapıyor.

Japonya'daki dünyanın en büyük nükleer füzyon reaktörü

Bu araştırma, füzyonun ardındaki fiziği anlamak için mayonezi kullanan ve 2019'da yayınlanan önceki çalışmalarına dayanmaktadır.

Lehigh Üniversitesi'nde Paul B. Reinhold Makine Mühendisliği ve Mekanik Profesörü olan Arindam Banerjee, "Mayonezi kullanıyoruz çünkü katı gibi davranıyor, ancak bir basınç gradyanına maruz kaldığında akmaya başlıyor." dedi.

Mayonezin bu özelliği, plazmanın benzer koşullar altındaki davranışını taklit ediyor.

Eylemsiz Hapsetme Füzyonunun Rolü

Güneşe güç veren süreç olan nükleer füzyon, sınırsız enerjinin potansiyel bir kaynağıdır. Ancak Güneş'in aşırı koşullarını Dünya'da taklit etmek zordur.

Füzyona ulaşmanın bir yaklaşımı eylemsiz hapsetme füzyonudur (ICF). Bu teknik, füzyon reaksiyonları için yakıt olan hidrojen izotoplarıyla dolu minik kapsüllerin sıkıştırılmasını ve ısıtılmasını içerir.

Muazzam basınç ve sıcaklık altında yakıt, enerji üretebilen yüklü bir madde hali olan plazmaya dönüşür.

Banerjee, "Bu uç noktalarda, güneşteki koşulları simüle etmeye çalışırken milyonlarca Kelvin derece ve gigapaskal basınçtan bahsediyorsunuz," diye ekledi.

Rayleigh-Taylor Kararsızlığı

Ancak, ICF'deki başlıca engeller arasında hidrodinamik kararsızlıkların oluşumu yer alır.

Banerjee, "Bu süreçle ilişkili ana sorunlardan biri, plazma halinin enerji verimini azaltabilen bu hidrodinamik kararsızlıkları oluşturmasıdır," diye vurguladı.

Bu tür kararsızlıklardan biri Rayleigh-Taylor kararsızlığıdır. Farklı yoğunluklardaki malzemeler zıt basınç ve yoğunluk gradyanlarına maruz kaldığında ortaya çıkar.

Çalışmada, "Rayleigh-Taylor kararsızlığı (RTI), akmaya karşı önemli bir dirence sahip yumuşak malzemelerde gözlemlenir" ifadesi yer almaktadır.

Rayleigh-Taylor kararsızlığını kontrollü bir ortamda incelemek için araştırma ekibi mayoneze yöneldi.

Basın bülteninde, "ekip, plazmanın akış koşullarını taklit etmek için Banerjee'nin Türbülanslı Karıştırma Laboratuvarı'nda özel olarak yapılmış, türünün tek örneği bir döner tekerlek tesisi kullandı" ifadesi yer almaktadır.

Çalışma için Mayonez

Mayonez kullanarak araştırmacılar, laboratuvar ortamında elde edilmesi ve kontrol edilmesi zor olan aşırı sıcaklıklara ve basınçlara ihtiyaç duymadan kararsızlığı araştırabilirler.

Ekip, malzeme özelliklerinin, bozulma geometrisinin ve malzemelerin ivme oranının, Rayleigh-Taylor kararsızlığının farklı fazları arasındaki geçişi nasıl etkilediğini inceledi.

Malzemenin stres giderildikten sonra orijinal şekline döndüğü elastik toparlanmanın mümkün olduğu koşulları buldular.

Banerjee, "Geleneksel erimiş metalde olduğu gibi, mayoneze stres uygularsanız deforme olmaya başlar, ancak stresi giderirseniz orijinal şekline geri döner," dedi.

"Yani elastik bir faz ve ardından kararlı bir plastik faz gelir. Bir sonraki faz akmaya başladığı zamandır ve kararsızlık burada başlar."

Kararlı Füzyon Kapsülü Tasarımı

Ekibin bulguları, kararsızlığı geciktirmede veya hatta bastırmada önemli olabilir ve böylece füzyon sürecinin verimliliğini artırabilir.

Elastik toparlanmanın mümkün olduğu koşulları ve kararsızlığı geciktirmek veya tamamen bastırmak için nasıl en üst düzeye çıkarılabileceğini buldular.

Bu, "asla kararsız hale gelmeyecek" füzyon kapsüllerinin tasarlanmasına yardımcı olabilir.

Mayonezin özellikleri füzyon deneylerinde kullanılan plazmanın özelliklerinden önemli ölçüde farklı olsa da, araştırmacılar bulgularının çok çeşitli malzemelere uygulanabileceğine inanıyor.

Banerjee, "Bu makalede, tahmin ettiğimiz davranışın bu birkaç büyüklük sırasını aşacağı umuduyla verilerimizi boyutsuz hale getirdik" diye sonlandırdı.

by Aman Tripathi | IE