doi.org/10.1103/PhysRevE.109.055103
Credibilidade: 989
#Fusão
Os pesquisadores da Universidade de Lehigh usam a maionese em experimentos para entender melhor a dinâmica das cápsulas de fusão, essencial para o avanço da fusão por refinamento inercial como uma fonte de energia viável.
A maionese continua sendo um ingrediente-chave nas pesquisas em andamento sobre a física da fusão nuclear.”
Ainda estamos trabalhando no mesmo problema, que é a integridade estrutural das cápsulas de fusão usadas na fusão por confinamento inercial, e a Real Mayonnaise de Hellmann ainda está nos ajudando na busca de soluções”, diz Arindam Banerjee, professor do Instituto Paul B. Reinhold Professor de Engenharia Mecânica e Mecânica da Lehigh University e Chair do departamento de MEM no P.C.
Powering the Future: Fusion Energy Explained: Em termos simples, as reações de fusão são o que alimenta o sol.
Se esse processo pudesse ser aproveitado na Terra, os cientistas acreditam que ele poderia oferecer à humanidade uma fonte de energia praticamente ilimitada e limpa.
No entanto, replicar as condições extremas do sol é um desafio incrivelmente complexo.
Pesquisadores de várias disciplinas da ciência e da engenharia, incluindo Banerjee e sua equipe, estão examinando o problema a partir de uma multiplicidade de perspectivas.
Desafios da simulação de condições semelhantes ao Sol
A fusão de confinamento inercial é um processo que inicia reações de fusão nuclear ao comprimir rapidamente e aquecer cápsulas preenchidas com combustível, neste caso, isótopos de hidrogênio.
Quando submetidas a temperaturas e pressões extremas, essas cápsulas se fundem e formam o plasma, o estado carregado da matéria que pode gerar energia.”
Nesses extremos, você está falando de milhões de graus Kelvin e gigapascal de pressão, pois está tentando simular as condições do sol”, diz Banerjee.”
Um dos principais problemas associados a esse processo é que o estado do plasma forma essas instabilidades hidrodinâmicas, o que pode reduzir o rendimento energético.”
Abordagem única
Maionese como ferramenta de pesquisa: Em seu primeiro artigo sobre o tema, em 2019, Banerjee e sua equipe examinaram esse problema, conhecido como instabilidade de Rayleigh-Taylor.
A condição ocorre entre materiais de diferentes densidades quando os gradientes de densidade e pressão estão em direções opostas, criando uma estratificação instável.
“Usamos a maionese porque ela se comporta como um sólido, mas quando submetida a um gradiente de pressão, ela começa a fluir”, diz ele.
O uso do condimento também elimina a necessidade de altas temperaturas e condições de pressão, que são extremamente difíceis de controlar.
A equipe de Banerjee utilizou uma instalação de roda giratória personalizada, única no gênero, dentro do Laboratório de Mistura Turbulenta de Banerjee, para imitar as condições de fluxo do plasma.
Quando a aceleração ultrapassou um valor crítico, o maio começou a fluir.
Insights do Mayo
Entendendo o comportamento do material:Uma das coisas que descobriram durante a pesquisa inicial foi que, antes de o fluxo se tornar instável, o sólido macio, ou seja, o mayo, passou por várias fases,”Como acontece com um metal fundido tradicional, se você colocar uma tensão na maionese, ela começará a se deformar, mas se você remover a tensão, ela voltará à sua forma original”, diz ele.”
Portanto, há uma fase elástica seguida de uma fase plástica estável.
A próxima fase é quando ela começa a fluir e é aí que a instabilidade entra em ação.”
Compreender essa transição entre a fase elástica e a fase plástica estável é fundamental, diz ele, porque saber quando a deformação plástica começa pode afastar os pesquisadores de quando a instabilidade ocorreria, diz Banerjee.
Então, eles procurariam controlar a condição para permanecer dentro dessa fase elástica ou plástica estável.
Avanço da pesquisa sobre fusão – descobertas recentes
Em seu artigo mais recente, publicado na Physical Review E, a equipe (incluindo o ex-aluno de graduação e primeiro autor do estudo, Aren Boyaci, 24 anos, PhD, que agora trabalha na Rattunde AG como engenheiro de modelagem de dados em Berlim, Alemanha) analisou as propriedades do material, a geometria da perturbação (a temperatura do material) e a temperatura de perturbação (a temperatura do material),Alemanha), analisou as propriedades do material, a geometria da perturbação (amplitude e comprimento de onda) e a taxa de aceleração dos materiais que sofrem a instabilidade de Rayleigh-Taylor.”
Investigamos os critérios de transição entre as fases da instabilidade de Rayleigh-Taylor e examinamos como isso afetou o crescimento da perturbação nas fases seguintes”, diz Boyaci.”
Descobrimos as condições em que a recuperação elástica era possível e como ela poderia ser maximizada para retardar ou suprimir completamente a instabilidade.
Os dados experimentais que apresentamos são também as primeiras medições de recuperação na literatura.”
Essa descoberta é importante, pois pode informar o projeto das cápsulas de modo que elas nunca se tornem instáveis.
Há, no entanto, a questão de como os dados da equipe se encaixam no que acontece nas cápsulas de fusão reais, cujos valores de propriedade são ordens de magnitude diferentes dos sólidos macios usados em seus experimentos.”
Neste artigo, não dimensionamos nossos dados com a esperança de que o comportamento que estamos prevendo transcenda essas poucas ordens de magnitude”, diz Banerjee.”
Estamos tentando melhorar a previsibilidade do que aconteceria com essas cápsulas de plasma fundido, de alta temperatura e alta pressão, com esses experimentos analógicos de uso de maionese em uma roda giratória”.
The Road Ahead
Fusion Energy’s Potential:Em última análise, Banerjee e sua equipe são parte de um esforço global para transformar a promessa da energia de fusão em realidade.”
Somos mais uma peça nessa gigantesca roda de pesquisadores”, diz ele, “e estamos todos trabalhando para tornar a fusão inercial mais barata e, portanto, alcançável”.
Publicado em 19/09/2024 19h50
Artigo original:
Estudo original: