Учёные раскрыли тайну звёздной плазмы: тепло не переходило между материалами, застревая на границе

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, впервые продемонстрировало, как тепло переносится — а точнее, не переносится — между материалами в условиях плотной энергетической плазмы. Это открытие имеет значительное значение для разработки технологий термоядерного синтеза, а также создания микрочипов и гиперзвуковых летательных аппаратов.

Плазма высокой плотности создаётся при чрезвычайно высоких температурах и давлении, которые встречаются в ядрах звёзд или планет. Учёные обнаружили, что явление, известное как межфазное тепловое сопротивление, препятствует передаче тепла в обычных условиях, и также блокирует теплообмен в сверхгорячей плотной плазме.

Исследование выполнили физики Томас Уайт из Университета Невады в Рино и его бывший аспирант Кэмерон Аллен. В своём эксперименте они использовали мощный лазер Omega-60 из Университета Рочестера для нагрева вольфрамовой проволоки, покрытой пластиком.

Во время эксперимента вольфрам достиг температуры 100 000 °C, в то время как пластиковое покрытие оставалось относительно «холодным» — при 11 000 °C. Учёные провели серию импульсов лазера с различными задержками, чтобы выяснить, происходит ли перенос тепла от вольфрама к пластику.

«Мы были поражены: тепло не перемещалось между материалами. Оно задерживалось на границе, и мы долго анализировали причины этого», — пояснил Уайт.

Причина крылась в межфазном тепловом сопротивлении: электроны из горячего материала достигали границы, но рассеивались и возвращались обратно, не передавая тепло.

«Это открытие предоставляет новые знания о перемещении энергии в экстремальных условиях, подобных тем, что существуют внутри звёзд», — подчеркнул Джеремайя Уильямс, директор программы плазменной физики NSF.

Полученные результаты помогут лучше понять эксперименты по инерционному термоядерному синтезу, где лазеры запускают управляемую ядерную реакцию, а также улучшить технологии для полупроводников и гиперзвуковых полётов.

Источник: iXBT