Тайна ядерного синтеза разгадана при помощи… майонеза

Прорыв в технологии ядерного синтеза произошел с помощью самого неожиданного продукта. В исследовании, которое было опубликовано в мае 2024 года в научном журнале Review E, американские ученые поместили соус в машину для сбивания, включили вращение и стали смотреть, что при этом получится.

В 10 раз горячее Солнца

— Ариндам Банерджи, инженер-механик, Лихайский университет (Пенсильвания, США).

По словам ученого, майонез — это крайне полезное для науки вещество. Процессы, происходящие в нем, позволяют визуализировать физические явления, которые протекают в условиях сверхвысокой температуры и давления внутри термоядерного реактора. При этом в случае с майонезом не нужно создавать экстремальные условия, достаточно просто воспользоваться миксером.

В ядре звезды происходит процесс ядерного синтеза, в результате которого водород превращается в гелий. В теории эта трансформация могла дать жителям Земли практически безграничное количество абсолютно чистой энергии. Связано это с тем, что в результате такой реакции вырабатывается больше энергии, чем нужно для ее осуществления.



Главная проблема, которая стоит перед физиками, — это организовать в лаборатории точно такие же условия, какие создает Солнце в своей сердцевине. По последним данным NASA, термоядерный синтез в звездах происходит при чудовищных температурах — 15 миллионов °C. При этом у звезд настолько сильная гравитация, что она заставляет атомы водорода вжиматься друг в друга, игнорируя их природное отталкивание.

На Земле просто нереально организовать такое колоссальное давление. Поэтому наши искусственные термоядерные реакторы вынуждены работать при температурах, которые как минимум в 10 раз горячее Солнца. Это позволяет хоть как-то нивелировать недостаток давления.

Идеальное вещество

Достичь таких невероятных температур чрезвычайно сложно, поэтому физики-ядерщики пускаются на разные хитрости. В частности, ученые придумали очень оригинальную технологию под названием инерционный конфайнмент.

Для этого смесь тяжелых изотопов водорода замораживают в металлических капсулах размером с горошину. Затем гранулы помещают в камеру и воздействуют на них мощными лазерами, которые моментально разогревают водород до… 222 миллионов °C! Если все пройдет идеально, водород превратится в плазму, внутри которой, как уверены физики, может случиться термоядерный синтез.



Но в реальности мощный перенос тепла, происходящий за наносекунды, плавит металл. Водород, превратившись в газ, стремится вырваться наружу. И это приводит к крайне нежелательному результату: в капсуле происходит взрыв, прежде чем ионы водорода успевают сплавиться.

Казалось бы, исследование зашло в тупик, выход из которого невозможен. Но тут ученых осенило: ведь обычный майонез ведет себя практически так же, как расплавленный металл. И соусу из яиц и растительного масла вовсе не нужны сверхъестественно высокие температуры.


— Банерджи.

Ученые поместили майонез в специальную машину, которая быстро перемешивала его, пока он не стал жидким. Затем они изучили, как майонез менялся от жидкого состояния к густому и обратно.


— Банерджи.

Исследование также показало, при каких условиях достигается больший выход энергии.

Конечно, майонез и сверхгорячие металлические капсулы отличаются во многих отношениях. Так что еще неизвестно, можно ли применить выводы команды к сгустку плазмы, во много раз более горячей, чем Солнце.

P. S.

Вообще, майонез — это один из любимых продуктов физиков. Ученые используют этот продукт довольно часто. Например, для демонстрации принципа вязкости. В эксперименте майонез помещался в воронку и измерялось время, необходимое для вытекания определенного объема. Такой опыт позволяет понять, как вязкость влияет на скорость потока жидкости.

Также майонез — просто эталонное вещество для изучения свойств эмульсий. Этот соус — смесь двух несмешивающихся жидкостей, то есть классическая эмульсия. Опыты с майонезом отлично показывают стабильность и размер капель, поэтому рекомендованы при обучении студентов.