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La nueva técnica puede hacer que los materiales sean más calientes que el núcleo del Sol en 20 quadrillionths de segundo

Materiales

David Szondy

16 de noviembre de 2015

La nueva técnica podría calentar los materiales a temperaturas superiores a la del núcleo del Sol en menos de un millón de millonésimas de segundo (Crédito: Imperial College London)

Si algunas personas se impacientan esperando que se cocine un huevo pasado por agua, eso no es nada comparado con un grupo de físicos teóricos en el Imperial College de Londres. Han ideado un nuevo método que podría permitir que los láseres calienten ciertos materiales a temperaturas más altas que en el núcleo del Sol en 20 quadrillionths de segundo. La nueva técnica sería 100 veces más rápida que el sistema láser más energético del mundo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, California, y tendría aplicaciones importantes en futuras investigaciones de fusión.

Con su promesa de energía barata e ilimitada, el poder de fusión es el santo grial de la producción de energía. Desafortunadamente, para hacer prácticos los reactores de fusión, es necesario recrear condiciones y procesos similares a los que se encuentran en el interior del Sol. Para los ingenieros y científicos que usan láseres para lograr este objetivo, uno de los obstáculos es cómo calentar rápidamente un objetivo a temperaturas increíblemente altas.

Según el equipo del Colegio Imperial, la respuesta no es simplemente una cuestión de golpear un objetivo con más y más potentes láseres. Requiere abordar cómo se calienta el material. En el tipo de ambiente de plasma a alta temperatura en que se produce la fusión, cómo un láser calienta algo es un proceso complejo en el que el rayo láser calienta los electrones en un material, que luego calienta los iones que constituyen la mayor parte de la masa del material. Funciona, pero es relativamente lento.

Lo que el equipo del Imperial College quería era cortar los electrones y calentar los iones directamente. Según el Dr. Arthur Turrell, hicieron el descubrimiento inesperado de que si un láser de alta intensidad golpea ciertos tipos de materiales, generan lo que se llama una onda de choque electrostática.

Eso en sí mismo no es nuevo, pero previamente todas esas ondas de choque fueron empujando los iones frente a ellos sin ningún efecto de calentamiento. Sin embargo, el equipo descubrió a través de un sofisticado modelado de supercomputadoras que los materiales de alta densidad, como el plástico o el hidruro de cesio, tienen una combinación especial de iones que se aceleran a diferentes velocidades y esto produce un tipo de fricción, donde un solo tipo de iones no se produce. t Debido a que el material tiene una alta densidad, los iones se comprimen por la onda de choque en un factor de 10, lo que se suma al efecto de fricción.

"Los dos tipos de iones actúan como fósforos y una caja; necesitas ambos", dice el Dr. Mark Sherlock, del Departamento de Física de Imperial. "Un montón de partidos nunca se encenderán por sí solos, necesitas la fricción causada por golpearlos contra la caja".

Hasta ahora, la técnica del Colegio Imperial es estrictamente teórica y solo se ha probado en modelos informáticos, pero esto indica que podría calentar pequeñas cantidades de materia sólida a temperaturas en la región de 11.6 millones de grados Celsius (20.8 millones de grados F) en decenas de femtosegundos, o menos de un millón de millonésimas de segundo. El desafío ahora es probar la técnica de manera experimental, que es algo que el equipo confía en que se puede lograr. Si es así, el equipo dice que sería la velocidad de calentamiento más alta jamás alcanzada en un laboratorio para un número significativo de partículas y tendría un gran impacto en la investigación y las aplicaciones de fusión.

"Los cambios de temperatura más rápidos ocurren cuando los átomos se aplastan en aceleradores como el Gran Colisionador de Hadrones, pero estas colisiones son entre pares de partículas", dijo el Dr. Turrell. "En contraste, la técnica propuesta podría explorarse en muchas instalaciones de láser en todo el mundo, y calentaría el material a una densidad sólida".

Los resultados del equipo fueron publicados en Nature Communications .

Fuente:

Colegio Imperial de Londres

La nueva técnica podría calentar los materiales a temperaturas superiores a la del núcleo del Sol en menos de un millón de millonésimas de segundo (Crédito: Imperial College London)

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