Công nghệ năng lượng hợp hạch sắp đột phá nhờ sốt mayonnaise?

Theo Livescience, cơ chế vật lý của sốt mayonnaise có thể giúp các nhà vật lý hiểu được cách thu giữ plasma cực nóng cần thiết nhằm tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Trong một nghiên cứu mới, được công bố vào tháng 5 trên tạp chí Physical Review E, các nhà khoa học đã cho loại sốt này vào một máy trộn tốc độ cao và quay tròn để xem điều kiện nào khiến nó chảy như chất lỏng.

"Chúng tôi sử dụng mayonnaise vì nó có hành vi tương tự như một chất rắn, nhưng khi chịu áp suất gradient, nó bắt đầu chảy (như chất lỏng)", tác giả chính của nghiên cứu Arindam Banerjee, một kỹ sư cơ khí tại Đại học Lehigh ở Pennsylvania, cho biết.

Quá trình này có thể giúp làm sáng tỏ cơ chế vật lý xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cực cao bên trong các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân mà không cần phải tái tạo những điều kiện khắc nghiệt đó.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra heli từ hydro tại lõi của các ngôi sao. Về mặt lý thuyết, nó có thể là nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn trên Trái đất - nếu phản ứng có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để chạy.

Đây là một nhiệm vụ khó nhằn, bởi lẽ phản ứng hợp hạch của các ngôi sao sao xảy ra ở 15 triệu độ C, theo NASA. Hơn nữa, lực hấp dẫn lớn của một ngôi sao kéo các nguyên tử hydro lại với nhau, vượt qua lực đẩy tự nhiên của chúng, tạo ra áp suất khổng lồ. Tuy nhiên, trên Trái đất, chúng ta không có được điều kiện áp suất đó, vì vậy các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân do con người tạo ra phải chạy nóng hơn Mặt trời gấp 10 lần.

Để đạt được nhiệt độ khủng khiếp như vậy, các nhà khoa học sử dụng nhiều phương pháp, bao gồm một thứ gọi là tổng hợp giới hạn quán tính (inertial confinement fusion).

Trong quá trình này, các nhà vật lý đông lạnh các viên khí có kích thước bằng hạt đậu - thường là hỗn hợp các đồng vị nặng hoặc đồng vị của hydro - rồi đặt vào trong các viên nang kim loại. Sau đó, họ bắn các viên nang bằng tia laser, làm nóng khí lên đến 222 triệu độ C trong chớp mắt - và lý tưởng nhất là biến nó thành plasma để tạo điều kiện xảy ra phản ứng hợp hạch.

Không may, khí hydro có xu hướng giãn nở, khiến kim loại nóng chảy và phát nổ trước khi hydro có thời gian để hợp hạch. Vụ nổ này xảy ra khi viên nang kim loại bước vào pha không ổn định và bắt đầu nóng chảy.

Nhóm của Banerjee phát hiện ra rằng kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao có hành vi tương tự như mayonnaise ở nhiệt độ thông thường. Nó có thể biểu hiện các đặc tính đàn hồi, nghĩa là nó sẽ trở lại hình dạng ban đầu khi chịu áp lực. Mặt khác, nó cũng có thể có tính dẻo, tức là sẽ biến dạng dưới áp lực và không trở lại hình dạng ban đầu. Hơn nữa, kim loại nóng chảy cũng có thể chảy như chất lỏng. Những hành vi này phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể và cách kim loại nóng chảy được xử lý.

"Nếu bạn tạo áp lực lên mayonnaise, nó sẽ bắt đầu biến dạng, nhưng nếu bạn loại bỏ áp lực, nó sẽ trở lại hình dạng ban đầu", Banerjee nói. "Vì vậy, có một pha đàn hồi theo sau là pha dẻo ổn định. Pha tiếp theo là khi nó bắt đầu chảy, và đó là lúc sự không ổn định bắt đầu". Các nhà khoa học quan sát tính chất của mayonnaise ở từng pha khi quay trong máy trộn tốc độ cao và ghi nhận lại. Từ những hiểu biết này, họ sẽ cố gắng giải quyết vấn đề viên nén kim loại phát nổ trong phản ứng hợp hạch, giúp quá trình hiệu quả hơn.