Ученые из США впервые наблюдали явление, предсказанное более 30 лет назад
Теория о том, что высокая температура и магнитное поле могут создать водовороты в объеме жидкого металла, существовала достаточно давно. Однако, прямое экспериментальное доказательство она получила совсем недавно. Группа ученых из University of Illinois наконец-то смогла пронаблюдать данный эффект и измерить его параметры непосредственно на эксперименте.
В большинстве разработанных на сегодняшний день конструкций термоядерных реакторов, внутренние стены камеры защищены от раскаленной плазмы твердым материалом, вроде вольфрама. Но использование твердого покрытия имеет свои недостатки. В частности, оно может расколоться от высокой температуры или прореагировать с частицами плазмы, результатом чего будет ее охлаждение. Поэтому некоторые исследователи полагают, что жидкий металл мог бы обеспечить лучшую защиту. «Защитный слой» определенной толщины мог бы формироваться при помощи непрерывно стекающего по стенке расплавленного металла (наподобие водопада), циркулирующего по кругу. Другой вариант заключается в использовании пористого материала или капиллярной системы, по которой мог бы перемещаться расплавленный металл.
Поток металла, управляемый при помощи температуры и магнитного поля (и получивший по этой причине название «термоэлектрического магнитогидродинамического») был предложен для применения в термоядерном синтезе еще в 1979 году. Однако, на тот момент технология была явно не готова к практическому применению. Идея ученых заключалась в том, что создание градиента температуры в расплавленном металле приведет к возникновению электрического тока (благодаря так называемому термоэлектрическому эффекту). Тогда внешнее магнитное поле могло бы воздействовать на весь объем металла с определенной силой (также как оно воздействует на провод, по которому течет электрический ток). Следующие два десятилетия ученые наблюдали косвенные признаки данного эффекта, однако, теория не имела непосредственных доказательств. Впрямую движения под управлением магнитного поля на эксперименте никто не наблюдал.
В 2005 году исследователи из Princeton University обнаружили течение жидкого лития под воздействием нагрева с помощью электронного луча. Они предположили, что перемещение массы было связано с вызванным градиентом температуры различием в силе поверхностного натяжения (так называемый эффект Марангони).
Чтобы изучить это явление подробнее, ученые из University of Illinois воздействовали магнитным полем на жидкий литий, размещенный в емкости из нержавеющей стали (размерами порядка 10 квадратных сантиметров; при этом глубина лития была около 1 сантиметра). Они нагревали литий при помощи электронного луча, что позволило сосредоточить высокую температуру в приповерхностном слое вдоль одной прямой линии. К их великому удивлению, была обнаружена циркуляция жидкого металла, вызванная термоэлектрическими магнитодинамическими явлениями, а вовсе не эффектом Марангони, как этого можно было бы ожидать на основе предыдущих экспериментов коллег. Измерение скоростей движения массы показало, что практическая реализация эффекта очень хорошо согласуется с предсказанной ранее теорией. Таким образом, группа исследователей из University of Illinois впервые напрямую наблюдала данное явление.
О своих результатах ученые сообщили в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Обнаруженный эффект после детального исследования мог бы быть полезен в металлургии и, естественно, при строительстве реактора для управляемого термоядерного синтеза.
