تینا مزدکی_پژوهشگران در ایالات متحده به تازگی نشان داده اند که در شرایطی که مواد به حالت بسیار داغ و فوق چگال پلاسما (High-Energy-Density Plasma) می رسند برخلاف انتظار گرما میان آن ها منتقل نمی شود. این آزمایش در آزمایشگاه لیزر Omega-۶۰ در دانشگاه راچستر انجام شده و در آن حتی در دمای خیره کننده ی ۱۸۰ هزار درجه فارنهایت (معادل حدود ۱۰۰ هزار درجه سلسیوس) انتقال گرما بین مواد مختلف بسیار محدود بوده است.
این یافته ها دیدگاه های پیشین درباره رفتار گرما در محیط هایی شبیه درون ستارگان هسته ی سیارات یا آزمایش های همجوشی هسته ای با استفاده از لیزر را به چالش می کشند. به گفته ی پژوهشگران این مطالعه می تواند به درک بهتر آزمایش های همجوشی با محصورسازی لَختی (Inertial Confinement Fusion) کمک کند؛ این آزمایش ها با استفاده از لیزر تلاش می کنند همجوشی کنترل شده ی هسته ای را روی زمین ممکن کنند.
نخستین مشاهده مستقیم اختلال در انتقال گرما
این تحقیق نخستین مشاهده ی مستقیم و تجربی از محدودیت انتقال حرارت میان مواد در چنین شرایط افراطی محسوب می شود. این پروژه توسط توماس وایت فیزیک دان دانشگاه نوادا در رینو و دانش آموخته ی سابق او کامرون آلن هدایت شده است. آن ها بر مرز میان فلز تنگستن و پوشش پلاستیکی آن تمرکز کردند که با حرارت و فشار شدید ناشی از پرتوهای ایکس حاصل از فویل های مسی گرم شده با لیزر به پلاسما تبدیل شده بودند.
در طول آزمایش سیم تنگستن تا دمایی حدود ۱۸۰ هزار درجه فارنهایت (حدود ۱۰۰,۰۰۰ درجه سانتی گراد) گرم شد درحالی که پلاستیک مجاور آن در دمایی نسبتاً «سرد» و در حدود ۲۰ هزار درجه فارنهایت (حدود ۱۱ هزار درجه سانتی گراد) باقی ماند. توماس وایت گفت: «وقتی داده ها را بررسی کردیم واقعاً شوکه شدیم چون گرما میان این دو ماده جریان نداشت. در مرز تماس بین آن ها گیر کرده بود و مدت زیادی صرف کردیم تا دلیل آن را بیابیم.»
مقاومت حرارتی مرزی: عامل کلیدی اختلال
پژوهشگران مشخص کردند که «مقاومت حرارتی مرزی» (Interfacial Thermal Resistance) دلیل اصلی این رفتار غیرمنتظره است. این پدیده پیش تر در محیط های معمول تر هم شناخته شده بود اما اکنون مشخص شده که در شرایط پلاسما با چگالی انرژی بالا نیز پابرجاست و نقش مهمی در جلوگیری از انتقال انرژی ایفا می کند. در این حالت الکترون های ماده ی داغ تر در مرز تماس با ماده ی سردتر به جای انتقال انرژی پراکنده شده و دوباره به ماده ی داغ بازمی گردند؛ در نتیجه گرما از مرز عبور نمی کند.
کاربردهای گسترده تر
یافته های این پژوهش صرفاً به کاربردهای همجوشی هسته ای محدود نمی شود. شناخت بهتر رفتار گرما در پلاسماهای بسیار پرانرژی می تواند برای پیشرفت فناوری های دیگری نیز حیاتی باشد؛ از جمله فرآیندهای دقیق در صنعت نیمه رساناها (مانند اچینگ یا حکاکی لیزری) و طراحی سامانه های پروازی که قادر به حرکت با سرعت های هایپرسونیک (چند برابر سرعت صوت) هستند.
جرمایا ویلیامز مدیر برنامه فیزیک پلاسما در بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) درباره اهمیت این تحقیق گفت: «آزمایشگاه های لیزری با انرژی بالا ابزارهایی حیاتی برای درک دقیق شرایط محیطی بسیار شدید به شمار می آیند و این مسئله در بسیاری از فناوری های کلیدی از تشخیص های پزشکی گرفته تا کاربردهای امنیت ملی اهمیت دارد.»
این مطالعه نه تنها ابعاد پیچیده ی فیزیک در محیط های افراطی را نشان می دهد بلکه مسیر پیشرفت در حوزه هایی چون انرژی همجوشی هوافضا و فناوری نانو را نیز هموارتر می کند.
منبع: interestingengineering
۳۲۳
آیا شما به دنبال کسب اطلاعات بیشتر در مورد "کشفی بزرگ در فیزیک پلاسما: در دماهای فوق العاده بالا گرما انتقال پیدا نمی کند!" هستید؟ با کلیک بر روی پزشکی، به دنبال مطالب مرتبط با این موضوع هستید؟ با کلیک بر روی دسته بندی های مرتبط، محتواهای دیگری را کشف کنید. همچنین، ممکن است در این دسته بندی، سریال ها، فیلم ها، کتاب ها و مقالات مفیدی نیز برای شما قرار داشته باشند. بنابراین، همین حالا برای کشف دنیای جذاب و گسترده ی محتواهای مرتبط با "کشفی بزرگ در فیزیک پلاسما: در دماهای فوق العاده بالا گرما انتقال پیدا نمی کند!"، کلیک کنید.
