در تازه ترین دستاوردهای دانشمندان شیمی، نخستین بار محققان آمریکایی توانستند تبدیل فلز مایع به پلاسما را عملیاتی کرده و فرصت های تازه ای برای دستیابی به همجوشی هسته ای ایجاد نمایند.
به نقل از ساینس دیلی، دانشمندان دانشگاه راچستر ایالات متحده آمریکا (Rochester) موفق به تبدیل فلز مایع به پلاسما شده اند و با این کار، روش جدیدی را برای دستیابی به هم جوشی هسته ای ابداع نمودند.
اما احتمالا این سوال برایتان پیش آمده که پلاسما چیست و چه مفهومی دارد. در ادامه به سراغ این موضوع خواهیم رفت.
پلاسما چیست؟
همه ما از کودکی با حالات فیزیکی و مشترک مواد نظیر جامد، مایع و گاز آشنا هستیم؛ اما این تمام ماجرا نیست. حالت های دیگری از ماده وجود دارد که شایع ترین نمونه قابل مشاهده آن در جهان، حالت فیزیکی پلاسما است.
پلاسما گونه ای از جرم تشکیل شده با الکترون های آزاد و یون های مثبت است که الکترون های خود را از دست داده و به راحتی برق را عبور می دهند.
گفتنی است که این حالت ماده به صورت طبیعی بر روی زمین یافت نمی شود؛ هر چند که می توانیم در آزمایشگاه پلاسماهای مصنوعی بسازیم.
متداول ترین راه برای انجام این کار این است که گازی دلخواه را تا چند هزار درجه گرم کنیم تا اتم ها الکترون های خود را از دست بدهند.
این همان کاری است که در حقیقت چراغ های نئونی انجام می دهند. یک جریان الکتریکی از گاز نئون تحریک شده عبور می کند و سپس فوتون ها را به نحوی که الکترون ها از دست بروند، آزاد می نماید.
پلاسمای دوتریم
گرم کردن گاز فقط برای ایجاد حالت پلاسما کاربرد ندارد. پژوهشگران در آزمایشگاه انرژی لیزر دانشگاه راچستر (RLC) توانسته اند پلاسمای متراکم دوتریم ایجاد کنند.
آنها در ابتدا دمای دوتریم مایع فشرده شده را تا ۲۱- کلوین (۴۲۲- درجه فارنهایت) پایین آوردند و سپس دمای آن را به سرعت افزایش دادند و تا نزدیکی ۱۸۰ هزار درجه فارنهایت رساندند. آنها کار خود را به کمک لیزر OMEGA تکمیل کردند تا یک شوک قوی از مایع دوتریم عبور کند.
دانشمندان قادر به مشاهده انتقال این فلز مایع به حالت پلاسما، در حال شفاف شدن این ماده شدند. گفتنی است که در پایان این واکنش ها، ماده فوق به یک ماده بسیار بازتاباننده همچون ظاهر سنتی فلز تبدیل شد.
ساختار همجوشی هسته ای
پتانسیل ماده پلاسما برای همجوشی هسته ای
همجوشی هسته ای که از آن با عناوین دیگری چون گداخت هسته ای و فیوژن یاد می شود، برعکس عمل شکافت هسته ای است.
در فرآیند همجوشی، هسته های سبکی مثل هیدروژن، دوتریم و تریتیم با یکدیگر همجوشی داده شده و هسته های سنگین تر و البته مقداری انرژی تولید می شود.
برای اینکه همجوشی امکان پذیر باشد، هسته هایی که در واکنش وارد می شوند می بایستی دارای انرژی جنبشی کافی باشند تا بر میدان الکترواستاتیکی پیرامون خود غلبه نمایند. به همین جهت دماهای وابسته به واکنش های همجوشی، بسیار بالاست.
ماهیت مواد پلاسما برای اینکه در واکنش های همجوشی هسته ای شرکت کنند بسیار مهم است؛ زیرا که اطلاعات جدید می تواند به محققان مدل هایی برای چگونگی استفاده از مواد در صنعت برق و درک بهتر از چگونگی استفاده از مواد در محیط های پر فشار و خشن هستی که متداول ترین منبع انرژی آن همجوشی هسته ای است، می دهد.
محمد زاغو (Mohamed Zaghoo)، یکی از محققان این پروژه است که می گوید:
«این کار تنها یک کنجکاوی آزمایشگاهی نیست. نتایج تحقیقات ما نشان می دهد که پلاسما، ماده تشکیل دهنده بسیاری از اجرام اختر فیزیکی همچون کوتوله های قهوه ای است و همچنین حالتی از ماده است که برای رسیدن به همجوشی هسته ای، مورد نیاز می باشد.
این مدل ها به درک ما از نحوه طراحی بهتر آزمایش ها برای رسیدن به همجوشی کمک می کند.»
باید اشاره کرد که کوتوله های قهوه ای ستارگان کوچکی هستند که در زمان تشکیل شدن مرکز خود، به اندازه کافی داغ نمی شوند تا فرآیند ذوب یا همجوشی هسته ای در آنها به وجود بیاید.
به عبارت دیگر، آنها به خورشیدهای نورانی و گرم تبدیل نمی شوند؛ در عوض، بلافاصله بعد از تشکیل سرد شده و نوری از خود نمی تابانند که این موضوع منجر به کاهش دید آنها خواهد شد.
شرح کامل این پژوهش در مجله علمی Physics review letters قابل دسترسی است.