Laseropvarmede nanotråde producerer kernefusion i mikroskala med rekordeffektivitet

Kernefusion, processen, der driver vores sol, sker, når nukleare reaktioner mellem lette grundstoffer producerer tungere. Det sker også - i mindre skala - i et Colorado State University-laboratorium.

Ved at bruge en kompakt, men kraftfuld laser til at opvarme rækker af bestilte nanotråde, CSU videnskabsmænd og samarbejdspartnere har demonstreret mikroskala nuklear fusion i laboratoriet. De har opnået rekordeffektivitet til generering af neutroner - ladningsløse subatomære partikler som følge af fusionsprocessen. Deres arbejde er beskrevet detaljeret i et papir udgivet i Naturkommunikation , og ledes af Jorge Rocca, University Distinguished Professor i elektro- og computerteknik og fysik. Avisens første forfatter er Alden Curtis, en CSU kandidatstuderende.

Laserdrevne kontrollerede fusionseksperimenter udføres typisk ved lasere på flere hundrede millioner dollar, der er anbragt i bygninger på størrelse med stadion. Sådanne eksperimenter er normalt rettet mod at udnytte fusion til ren energianvendelse.

I modsætning, Roccas hold af studerende, forskere og samarbejdspartnere, arbejde med en ultrahurtig, højtydende bordlaser, de byggede fra bunden. De bruger deres faste, pulserende laser til at bestråle et mål af usynlige ledninger og øjeblikkeligt skabe ekstremt varme, tætte plasmaer - med forhold, der nærmer sig dem inde i solen. Disse plasmaer driver fusionsreaktioner, afgiver helium og glimt af energiske neutroner.

I deres Naturkommunikation eksperiment, holdet producerede et rekordstort antal neutroner pr. laserenergienhed - omkring 500 gange bedre end eksperimenter, der bruger konventionelle flade mål fra det samme materiale. Deres lasers mål var en række nanotråde lavet af et materiale kaldet deutereret polyethylen. Materialet ligner det meget brugte polyethylenplastik, men dets almindelige brintatomer er substitueret med deuterium, en tungere slags brintatom.

Indsatsen blev understøttet af intensive computersimuleringer udført på universitetet i Düsseldorf (Tyskland), og på CSU.

At lave fusionsneutroner effektivt, i lille skala, kan føre til fremskridt inden for neutronbaseret billeddannelse, og neutronsonder for at få indsigt i materialers struktur og egenskaber. Resultaterne bidrager også til at forstå interaktioner mellem ultraintens laserlys og stof.