Как майонез помогает изучать реакции ядерного синтеза: кулинарная физика
Многообещающее направление исследований ядерного синтеза на Западе теперь зависит от одной из самых популярных приправ в мире – от обычного майонеза.
Чтобы воссоздать условия, необходимые для протекания реакций ядерного синтеза, физики иногда прибегают к так называемым исследованиям инерционного удержания. Для этого газ, замороженный внутри металлических гранул размером с горошину, помещают в центрифугу и «бомбардируют» излучением мощных лазеров. В результате газ сжимается и нагревается до нескольких миллионов градусов Цельсия.
Все это происходит в считанные наносекунды и, как утверждает Phys.org, имеет тенденцию оказывать нежелательный побочный эффект — гранулы часто взрываются, прежде чем достигают условий плавления. Чтобы развить концепцию и избавиться от этого досадного обстоятельства, физикам для начала необходимо лучше понять физический аспект происходящего.
Вот тут-то на сцене и появляется Его Величество Майонез.
Ариндам Банерджи, доцент кафедры машиностроения и механики в университете Лихай, изучает динамику материалов в экстремальных условиях. Он и его команда создали несколько приборов для измерения сил в исследованиях инерционного удержания. Одним из предметов их работы стало явление нестабильности между материалами двух разных плотностей в экстремальных условиях (таких как, к примеру, гранулы и газ), известное как нестабильность Рэлея-Тейлора.
Банерджи сравнивает его с воздухом внутри воздушного шара. «Когда воздушный шар сжимается, воздух внутри прижимается к материалу, ограничивающему его, пытаясь вырваться. В какой-то момент шар лопнет под давлением. То же самое происходит в термоядерной капсуле -смешивание газа и расплавленного металла вызывает взрыв», поясняет он.
Чтобы понять, как именно взаимодействуют металл и газы, Банерджи и его коллеги решили найти альтернативу. К их удивлению, свойства металла и его динамика при сверхвысоких температурах очень похожи на то, как... ведет себя майонез при температурах низких. Так что в ходе эксперимента команда вылила настоящий майонез в плексигласовый контейнер и подвергла его тем же воздействиям, что и металл. С помощью высокоскоростной камеры и алгоритма обработки изображений, в результате ученые вычислили параметры, связанные с нестабильностью материала.
Результаты их работы были опубликованы на страницах Physical Review E – и да, это один из редких случаев упоминания майонеза в серьезных, рецензируемых трудах. Данное исследование в очередной раз доказывает, что понимание фундаментальных законов гидродинамики и физики протекания реакций синтеза может потребовать от ученого нестандартного мышления. Возможно, если физики будут своевременно применять не только сверхсовременные технологии, но и банальное воображение, уже в ближайшем будущем ядерный синтез будет служить на благо всему человечеству.