لجأ فريق من الباحثين الذين يدرسون قوة الكبسولات التي تحتوي على الوقود لتفاعلات الاندماج إلى حليف مفاجئ في سعيهم للحصول على مادة أفضل: المايونيز.
قال أريندام بانيرجي، مهندس ميكانيكي في جامعة ليهاي والمؤلف المشارك في الورقة البحثية، في بيان جامعي: “ما زلنا نعمل على نفس المشكلة، وهي سلامة هيكل كبسولات الاندماج المستخدمة في الاندماج بالقصور الذاتي، وما زال مايونيز هيلمان الحقيقي يساعدنا في البحث عن حلول”. نُشر بحث الفريق في وقت سابق من هذا العام في مجلة المراجعة الفيزيائية.
انسى المايونيز للحظة. ما هو الاندماج النووي مرة أخرى؟
الاندماج النووي هو التفاعل الذي يمد النجوم مثل شمسنا بالطاقة. وباختصار، يحدث الاندماج عندما تندمج نواتان خفيفتان أو أكثر لإنتاج نواة أثقل، مما يؤدي إلى توليد كمية هائلة من الطاقة في هذه العملية. وعلى الأرض، فإن تسخير مثل هذه الطاقة يعني بديلاً موثوقًا به لمصادر الطاقة القائمة على الكربون، وهو بديل يولد كميات هائلة من الطاقة من التفاعلات الأولية التي تستخدم كميات أقل بكثير؛ وعلى نطاق واسع، يعني هذا مستقبلًا أنظف وأكثر خضرة لكوكبنا.
في المختبرات، يتم الاندماج النووي بطريقتين مختلفتين. إحدى الطرق هي استخدام جهاز على شكل حلقة يسمى توكاماك، والذي يستخدم المجالات المغناطيسية للتحكم في البلازما الداخلية وتحفيز تفاعلات الاندماج. طريقة أخرى هي تفجير حبيبة صغيرة من الوقود بالليزر، مما يسبب الاندماج. الطريقة الأخيرة هي الطريقة التي ولّد بها العلماء في منشأة الإشعال الوطنية التابعة لوزارة الطاقة كمية قياسية من الطاقة من تفاعلهم في عام 2022. لكن هذا لا يعني أن أجهزة التوكاماك طريقة سيئة؛ في وقت سابق من هذا العام، أنتج توكاماك JET في المملكة المتحدة أكثر من 69 ميغا جول من الطاقة، أي 20 ضعف الطاقة التي أنتجها تفاعل منشأة الإشعال الوطنية.
يقول بانيرجي: “في هذه الحالات المتطرفة، نتحدث عن ملايين الدرجات كلفن وجيجا باسكال من الضغط أثناء محاولتك محاكاة الظروف في الشمس. إحدى المشاكل الرئيسية المرتبطة بهذه العملية هي أن حالة البلازما تشكل هذه عدم الاستقرار الهيدروديناميكي، مما قد يقلل من إنتاج الطاقة”.
في السعي إلى تحقيق الاندماج النووي الذي ينتج طاقة أكبر مما يستهلك، فإن كلا الطريقتين الاندماجيتين ستكونان مفيدتين. وتؤدي الطرق المختلفة إلى رؤى متعددة حول جدوى وكفاءة جوانب مختلفة من عملية الاندماج.
ما علاقة المايونيز بالأمر؟
المايونيز عبارة عن مستحلب من البيض والزيت وحمض مثل الخل. بعض الناس لا يحبونه. كما أن التوابل هي المفتاح للحصول على شطيرة جبن مشوية مثالية (اعتذر إذا كنت لا توافقني الرأي). ولكن في هذا البحث، ساعد المايونيز الفريق في استكشاف عدم الاستقرار الذي يحدث بين المواد ذات الكثافات المختلفة عندما تتحرك تدرجات الكثافة والضغط في الاتجاه المعاكس.
وقال بانيرجي “نحن نستخدم المايونيز لأنه يتصرف مثل المادة الصلبة، ولكن عندما يتعرض لتدرج الضغط، فإنه يبدأ في التدفق”.
وأضاف “كما هو الحال مع المعدن المنصهر التقليدي، إذا وضعت ضغطًا على المايونيز، فسيبدأ في التشوه، ولكن إذا أزلت الضغط، فإنه يعود إلى شكله الأصلي”. “لذا هناك مرحلة مرنة تليها مرحلة بلاستيكية مستقرة. المرحلة التالية هي عندما يبدأ في التدفق، وهنا تبدأ حالة عدم الاستقرار”.
إن فهم متى تحدث حالات عدم الاستقرار في المايونيز على وجه التحديد يمكن أن يساعد العلماء في التحكم في الظروف التي تؤدي إلى حالات عدم الاستقرار في المقام الأول. ومن خلال تأخير حالات عدم الاستقرار أو قمعها، يمكن للباحثين الذين يعملون على الاندماج المحصور الحفاظ على تفاعل الاندماج لفترة أطول.
إن فريق البحث محظوظ لأنهم ذهبوا إلى المتجر قبلي. فلو كنت قد ذهبت إلى هناك أولاً، لكان هذا المايونيز قد انتهى به الأمر إلى أن يُدهن على شريحتين من الخبز وهو يحترق في مقلاة من الحديد الزهر، بدلاً من مساعدة العلماء في استكشاف جدوى مستقبل قائم على الاندماج النووي.