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梅奥实验帮助物理学家解决核聚变不稳定问题
2019-05-10    阅读量:30476    新闻来源:互联网     |  投稿

利哈伊大学的物理学家使用一种常见的家用物品来研究最有前途的聚变反应堆之一的基本流体动力学。涉及蛋黄酱的实验为科学家提供了新的见解,了解当气体和熔融金属在高加速度和离心力的影响下混合时可能发生的情况。


谁知道梅奥在一项可能在地球上重现太阳能力的技术中扮演着如此重要的角色?


融合梅奥

核聚变发生在两个较小的原子以非常高的能量碰撞合并时,产生一个更大,更重的原子中国风格网stylechina.com。这是为太阳核心提供动力的核过程,从而推动地球上的生命。实现美国科学家正在探索的融合的一种有希望的方法称为惯性约束。在劳伦斯利弗莫尔国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室等研究机构中,科学家将一种气体 - 通常是氢同位素 - 限制在豌豆大小的金属颗粒内。这些颗粒被放置在一个腔室内,在那里它们被高功率激光击中,这种激光可以产生高达几百万开尔文(4亿华氏度) - 融合成熟的条件。


极端的热量导致内部的气体膨胀,在达到熔化之前破坏金属外壳。这个过程类似于被挤压的气球 - 在某些时候,橡胶气囊在内部空气的压力下爆裂。


为了在惯性约束中产生聚变,科学家首先需要解决熔融金属和加热气体混合物的问题 - 这就是mayo的用武之地。混合物在高温下的材料特性与mayo的材料特性相似根据利哈伊大学机械工程和力学副教授Arindam Banerjee的说法,温度很高。


Banerjee的专业领域是Rayleigh-Taylor不稳定性,当密度和压力梯度在相反的方向上时,这种现象发生在不同密度的材料之间,从而产生不稳定的分层。


“在存在重力或任何加速场的情况下,这两种材料就像”手指“一样彼此穿透,”Banerjee在一份声明中说道。


研究这种不稳定性极具挑战性,因为它几乎瞬间发生并且加速固体的测量不确定性很大。


在他们的研究中,Banerjee及其同事将Hellman的Real Mayonnaise倒入有机玻璃容器中,然后将样品加速到旋转轮内。使用500fps高速摄像机跟踪材料的进展,其图像被馈送到图像处理算法中,该算法可以检测与瑞利 - 泰勒不稳定性相关的参数。最后将波长和振幅增长率与现有分析模型进行比较。


这些实验使研究团队能够看到材料的弹塑性和不稳定性演变。作者得出结论,不稳定性的开始(“不稳定性阈值”)与应用的振幅(扰动)和波长(波峰之间的距离)的大小有关。


“科学界一直在争论不稳定性增长是否与初始条件或更局部的灾难性过程有关,”Banerjee说。“我们的实验证实了前一个结论:界面增长强烈依赖于初始条件的选择,如振幅和波长。”


将来,这些研究结果将有助于研究人员为惯性约束设计更好的条件。一步一步,世界正在逐步实现核聚变。在这方面,研究人员之前已经触发了融合 - 只是触发反应所需的能量大于它产生的能量。一些最有前途的聚变反应堆包括法国的  国际热核实验反应堆(ITER)和德国的Wendelstein 7-X  反应堆。 


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