Natuurkundigen lossen kernfusiemysterie op met mayonaise

Wetenschappers van de Lehigh University gebruiken mayonaise om het plasmagedrag in kernfusiereacties te bestuderen. Deze onconventionele benadering helpt onderzoekers om complexe instabiliteiten in fusieprocessen te begrijpen, wat mogelijk de ontwikkeling van schone, onbeperkte energiebronnen bevordert.

De instabiliteit van Rayleigh-Taylor

De belangrijkste focus van het onderzoek onder leiding van professor Arindam Banerjee aan de Lehigh University is het begrijpen van de Rayleigh-Taylor instabiliteit. Dit verschijnsel treedt op wanneer vloeistoffen met verschillende dichtheden tegen elkaar worden versneld, wat leidt tot chaotische vermenging. Deze instabiliteit is cruciaal bij kernfusie, waarbij waterstofisotopen worden samengeperst en verhit tot extreme omstandigheden om plasma te creëren. Door gebruik te maken van mayonaise, dat zich net zo gedraagt als plasma onder stress, willen onderzoekers een beter begrip krijgen van deze instabiliteiten en het ontwerp van fusiereactoren verbeteren.

Overeenkomsten tussen mayonaise en plasma

Mayonaise vertoont eigenschappen die verrassend nuttig zijn bij het nabootsen van plasmagedrag. Wanneer mayonaise wordt blootgesteld aan een drukgradiënt, gaat het over van een elastische naar een plastische fase en gaat het uiteindelijk stromen. Deze eigenschap maakt het een uitstekende analoog voor het bestuderen van de stroming en vervorming van plasma in fusiereactoren. Professor Banerjee: "We gebruiken mayonaise omdat het zich gedraagt als een vaste stof, maar wanneer het wordt onderworpen aan een drukgradiënt, begint het te stromen." Door mayonaise te versnellen in gecontroleerde experimenten kan het team de omstandigheden waaronder instabiliteit optreden observeren en meten.

Hoe gedraagt mayonaise zich onder stress?

Het team van de Lehigh University heeft experimenten uitgevoerd met behulp van een op maat gemaakt draaiend wiel om de stromingsomstandigheden van plasma te simuleren. Hun doel is om te observeren hoe mayonaise zich gedraagt onder stress en om de omstandigheden te identificeren die elastisch herstel maximaliseren, waardoor instabiliteit wordt vertraagd of onderdrukt. De bevindingen, gepubliceerd in Physical Review E, benadrukken de kritische overgangen tussen elastische en plastische fasen in mayonaise, die relevant zijn voor plasmaomstandigheden bij hoge temperatuur en hoge druk in fusiereactoren.

Wereldwijde implicaties

Dit onderzoek maakt deel uit van een bredere inspanning om traagheidsopsluiting (inertial confinement fusion) stabieler en kosteneffectiever te maken. Fusie-energie, waarbij lichte atomen zoals waterstof samensmelten tot zwaardere elementen zoals helium, zou een onuitputbare én schone energiebron kunnen worden als deze efficiënt kan worden benut. Het werk van Banerjee en zijn team kan bijdragen aan het ontwerp van stabielere fusiecapsules en zo een belangrijke bijdrage leveren aan de wereldwijde inspanningen om praktische fusie-energie te bereiken. Zoals Banerjee zei: "We werken er allemaal aan om inertiële fusie goedkoper en dus haalbaar te maken."