Các nhà vật lý giải mã bí ẩn về năng lượng nhiệt hạch hạt nhân bằng... sốt mayonnaise

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Physical Review E vào tháng 5, các nhà khoa học đã sử dụng sốt mayonnaise trong một máy quay để xem nó chảy như thế nào dưới các điều kiện khác nhau. Arindam Banerjee, tác giả chính của nghiên cứu và là kỹ sư cơ khí tại Đại học Lehigh ở Pennsylvania, giải thích rằng "sốt mayonnaise có đặc tính giống như chất rắn, nhưng khi bị tác động bởi một áp lực, nó bắt đầu chảy."

Phát hiện này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cực cao bên trong các lò phản ứng nhiệt hạch mà không cần tái tạo những điều kiện khắc nghiệt đó.

Nhiệt hạch hạt nhân là quá trình kết hợp các nguyên tử hydro để tạo ra helium, giống như cách các ngôi sao hoạt động. Về lý thuyết, nhiệt hạch có thể trở thành nguồn năng lượng sạch gần như vô hạn trên Trái Đất, nếu chúng ta có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cần để duy trì phản ứng.

Tuy nhiên, để nhiệt hạch xảy ra, cần nhiệt độ rất cao. Trong các ngôi sao, nhiệt hạch xảy ra ở nhiệt độ khoảng 27 triệu độ F (15 triệu độ C), và lực hấp dẫn khổng lồ của ngôi sao buộc các nguyên tử hydro lại với nhau. Trên Trái Đất, không có lực hấp dẫn như vậy, nên các lò phản ứng nhiệt hạch phải hoạt động ở nhiệt độ cao gấp 10 lần nhiệt độ mặt trời.

Để đạt được nhiệt độ cao như vậy, các nhà khoa học sử dụng một phương pháp gọi là giam giữ quán tính. Trong quá trình này, họ đông lạnh các viên nang nhỏ chứa khí hydro, sau đó chiếu tia laser để làm nóng khí lên đến 400 triệu độ F (222 triệu độ C), biến nó thành plasma, nơi phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra.

Tuy nhiên, khi khí hydro giãn nở, nó có thể gây ra nổ tung viên nang kim loại trước khi nhiệt hạch kịp xảy ra. Nhóm nghiên cứu của Banerjee nhận thấy rằng kim loại nóng chảy trong lò phản ứng có đặc tính tương tự như sốt mayonnaise ở nhiệt độ thấp hơn: nó có thể đàn hồi (quay trở lại hình dạng ban đầu khi ngừng tác động lực) hoặc chảy.

Trong nghiên cứu này, nhóm đã dùng một máy để đẩy sốt mayonnaise đến khi nó bắt đầu chảy, sau đó họ quan sát các điều kiện mà sốt mayonnaise chuyển từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái chảy và không ổn định. Kết quả nghiên cứu giúp họ hiểu rõ hơn về cách kiểm soát và tối ưu hóa quá trình này.

Mặc dù sốt mayonnaise và kim loại nóng chảy có nhiều khác biệt, phát hiện này vẫn có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách duy trì sự ổn định trong các lò phản ứng nhiệt hạch, nơi plasma có thể nóng hơn nhiều lần so với mặt trời.