12.03.2010
На фото: Закручивание жидкого металла под влиянием магнитного поля и температуры. M. A. Jaworski/Univ. of Illinois.
Ученые из Университета Иллинойса (Урбан, США) впервые напрямую наблюдали, как потоки расплавленного металла в магнитном поле при нагревании начинают закручиваться [1]. Майк Яворский (Mike Jaworski) с коллегами поместил в магнитное поле 10 сантиметровую квадратную емкость из нержавеющей стали, заполненную на один сантиметр расплавленным литием. Ученые направили на металл пучок из электронов, фокусируя тепло вдоль поверхности. К своему удивлению они наблюдали, как жидкий металл начал закручиваться. Причем перемешивание металла было вызвано не эффектом Марангони (когда движение запускает наведенная нагреванием разница в поверхностном натяжении), как предположили в 2005 году исследователи из Принстонского университета [2]. Причина - в явлениях термоэлектрической магнитогидродинамики (thermoelectric magnetohydrodynamic - TEMHD). Градиент температур между металлами приводит к появлению электрического тока. Тогда при наложении магнитного поля образуются силы, которые закручивают потоки металла.
Записав на камеру движение примесей на поверхности металла, ученые измерили скорость вращения потоков – до 30 сантиметров в секунду, что согласуется с теорией. Они провели несколько тестов, чтобы подтвердить, что перемешивание вызывает именно TEMHD. Оказалось, что направление магнитного поля определяет направление вращения жидкости, а изоляционный слой под литием мешает движению.
По мнению Яворского, это явление можно использовать в металлургии - для эффективного перемешивания металлических сплавов в промышленных установках. В ядерных реакторах инженеры могут, изменяя магнитное поле и температуру управлять плазмой. Такой способ был впервые предложен в 1979 году [1], но технология еще не готова для применения.
[1] M. A. Jaworski et al. Thermoelectric Magnetohydrodynamic Stirring of Liquid Metals. Phys. Rev. Lett. 104, 094503 (2010).
[2] R. Kaita, R. Majeski, T. Gray, H. Kugel, D. Mansfield, J. Spaleta, J. Timberlake, L. Zakharov, R. Doerner, T. Lynch, R. Maingi, and V. Soukhanovskii, "Low Recycling and High Power Density Handling Physics in the Current Drive Experiment-Upgrade with Lithium Plasma-Facing Components," Phys. Plasmas 14, 056111 (2007).
[3] J. A. Shercliff, "Thermoelectric Magnetohydrodynamics," J. Fluid Mech. 91, 231 (1979).
http://focus.aps.org/story/v25/st8
