Исследователи впервые превратили жидкий металл в плазму

Исследователям удалось превратить жидкий металл в плазму, что открывает новые подходы к достижению ядерного синтеза.

Что такое плазма?

Из школьного курса физики все знакомы с агрегатными состояниями вещества: твёрдое, жидкое и газообразное. Однако существуют и другие состояния материи, причём чаще всего во Вселенной, насколько можно судить сейчас, встречается плазма.

Плазма – это масса свободно движущихся электронов и ионов (положительно заряженных атомов, у которых не хватает электронов), которая хорошо проводит электричество. Хотя она обычно не встречается в естественных земных условиях, люди научились генерировать искусственную плазму. Самый распространённый способ сделать это – нагреть газ до температуры в тысячи градусов по Фаренгейту, в результате чего атомы лишаются электронов.

Именно так устроены неоновые огни. Электрический ток протекает через обычно инертный неон внутри трубки и возбуждает его, в результат чего, когда электроны отделяются, происходит излучение фотонов.

Дейтериевая плазма

Сильный нагрев газа – не единственный способ создать плазму. Исследователям из Лаборатории лазерной энергетики (ЛЛЭ) Рочестерского университета удалось создать плотную плазму дейтерия, предварительно получив жидкий дейтерий высокой плотности. Для этого его температуру сначала понизили до 21 градуса по Кельвину (то есть до минус 422 градусов по Фаренгейту), затем стремительно нагрели почти до 180 тысяч градусов по Фаренгейту.

В ходе испытаний использовались лазеры OMEGA – с их помощью была вызвана сильная ударная волна, которая прошла через переохлаждённый жидкий дейтерий и сжала его, создав давление в 5 миллионов атмосфер. Исследователи смогли проконтролировать переход от сверхплотной жидкости к плазме, поскольку поначалу полностью прозрачный образец постепенно превратился в высокоотражающее вещество, которое приобрело традиционные физические свойства металла.

«Наблюдая за изменением отражающей способности образца в зависимости от его температуры, мы смогли наблюдать точные условия того, как этот простой блестящий жидкий металл превращался в плотную плазму», – прокомментировал научный сотрудник ЛЛЭ Мохамед Загу.

Потенциал для ядерного синтеза

Полученные результаты могут помочь исследователям разработать модели того, как материалы проводят электричество, а также лучше понять поведение материи в экстремальных средах Вселенной. В свою очередь, это «открывает дверь» для изучения способов воссоздания самого распространённого источника энергии во Вселенной – ядерного синтеза.

«Этой работой движет не просто исследовательское любопытство. Плазма составляет обширные внутренние пространства астрофизических тел, таких как «коричневые карлики», а также даёт представление о состоянии материи, необходимое для получения термоядерного синтеза. Эти модели необходимы для понимания того, как лучше планировать эксперименты для достижения синтеза», – пояснил Загу.