فرصت‌های جدیدی برای دستیابی به هم‌جوشی هسته‌ای با تبدیل فلز مایع به پلاسما

به گزارش  ساینس دیلی، محققان دانشگاه راچستر فلز مایع را به یک پلاسما تبدیل کرده‌اند و با این کار روش جدیدی را برای دستیابی به “همجوشی هسته‌ای”(nuclear fusion) ابداع کرده‌اند.

پلاسما چیست؟

همه با حالات مشترک ماده یعنی جامد، مایع و گاز که از کودکی به ما آموخته شده آشنا هستیم، اما حالت‌های دیگری از ماده هم وجود دارد که شایع‌ترین نمونه قابل مشاهده آن در جهان، پلاسما است.

پلاسما یک جرم متشکل از الکترون‌های آزاد و یون‌های مثبت است که الکترون‌های خود را از دست می‌دهند و به راحتی برق را عبور می‌دهند.

در حالی که این حالت از ماده معمولاً به طور طبیعی بر روی زمین یافت نمی‌شود، ما می‌توانیم پلاسماهای مصنوعی تولید کنیم. شایع‌ترین راه برای این کار این است که یک گاز را تا چند هزار درجه فارنهایت گرم کنیم تا اتم‌ها الکترون‌های خود را از دست بدهند.

این همان کاری است که چراغ‌های نئونی انجام می‌دهند. یک جریان الکتریکی از گاز نئون تحریک شده عبور و سپس فوتون‌ها را به گونه‌ای که الکترون‌ها از دست می‌روند، آزاد می‌کند.

پلاسمای دوتریوم

گرمایش گاز تنها راه برای ایجاد یک پلاسما نیست. محققان در آزمایشگاه انرژی لیزر دانشگاه راچستر(RLC) توانستند پلاسمای متراکم دوتریوم(deuterium) را ایجاد کنند.

آنها ابتدا دمای دوتریوم مایع با تراکم بالا را تا ۲۱ درجه کلوین (۴۲۲- درجه فارنهایت) پایین آوردند و سپس دمای آن را به سرعت افزایش دادند و تقریباً به ۱۸۰ هزار درجه فارنهایت رساندند. سپس کارشان را با استفاده از لیزر “OMEGA” تکمیل کردند تا یک شوک قوی را از مایع دوتریوم رد کنند.

محققان توانستند انتقال این فلز مایع به حالت پلاسما را در حال شفاف شدن این ماده مشاهده کنند. این ماده در انتهای این فرایند به یک ماده بسیار بازتابنده مانند ظاهر سنتی فلز، تبدیل شد.

پتانسیل برای همجوشی هسته‌ای

‘گداخت هسته‌ای، همجوشی هسته‌ای، فوزیون یا فیوژن فرآیندی عکس عمل شکافت هسته‌ای است. در فرایند همجوشی هسته‌ای، هسته‌های سبک مانند هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم با یکدیگر همجوشی داده شده و هسته‌های سنگین‌تر و مقداری انرژی تولید می‌شود.

برای اینکه همجوشی امکانپذیر باشد هسته‌هایی که در واکنش وارد می‌شوند باید دارای انرژی جنبشی کافی باشند تا بر میدان الکترواستاتیکی پیرامون‌شان فائق آیند. بنابراین دماهای وابسته به واکنش‌های همجوشی فوق‌العاده بالاست.

ماهیت بنیادین مواد پلاسما مهم است زیرا که اطلاعات جدید می‌تواند به محققان مدل‌هایی برای چگونگی استفاده از مواد در صنعت برق و درک بهتر از چگونگی استفاده از مواد در محیط‌های پرفشار و خشن هستی که رایج‌ترین منبع انرژی آن هم‌جوشی هسته‌ای است، می‌دهد.

“محمد زاغو”(Mohamed Zaghoo) یکی از پژوهشگران این مطالعه می‌گوید: این کار فقط یک کنجکاوی آزمایشگاهی نیست. پلاسما مواد تشکیل دهنده بسیاری از اجرام اخترفیزیکی مانند “کوتوله‌های قهوه‌ای” است و همچنین حالتی از ماده است که برای رسیدن به هم‌جوشی هسته‌ای مورد نیاز است. این مدل‌ها به درک ما از نحوه طراحی بهتر آزمایش‌ها برای رسیدن به هم‌جوشی کمک می‌کند.

کوتوله‌های قهوه‌ای ستارگان کوچکی هستند که هنگام تشکیل شدنِ مرکزشان، به اندازه کافی داغ نمی‌شوند تا فرایند ذوب یا همجوشی هسته‌ای در آن‌ها به وجود آید. به عبارت دیگر آن‌ها به خورشیدهای نورانی و گرم تبدیل نمی‌شوند بلکه بلافاصله پس از تشکیل سرد می‌شوند و نوری از خود نمی‌تابانند به گونه‌ای که به سختی دیده می‌شوند.

یافته‌های این مطالعه در مجله “Physics Review Letters” منتشر شده است.