Genoprettende supernova -reaktion giver ny indsigt i fusionsenergi

Vi studerer eksploderende stjerner i vores søgen efter at gøre pålidelig fusionsenergi til virkelighed, men chancerne er store, at vi har tænkt på supernovaer forkert.

Ny forskning ledet af University of Michigan viser, at varme spiller en væsentlig rolle i den måde, materialer blandes under fusionsreaktioner - en faktor, der har, til dette punkt, blevet udeladt af diskussionen. Det er et fund, der skal hjælpe med at fokusere fremtidige undersøgelser af, hvordan supernovaer fungerer, og hvad vi kan lære af dem.

Kraft fra fusion, renere og mere effektiv energi end hvad vi i øjeblikket får fra fission, er målet. Kernefusionsreaktioner er konstant i gang i stjernernes kerner, gør dem til et naturligt forskningsemne for forskere, der forsøger at genskabe dem til energiproduktion på Jorden.

Det er umuligt at få et kig ind i de fjerne stjerner, så forskere kigger på de næstbedste ting:supernovaer og små fusionsreaktioner, der er skabt i laboratoriet. Og en vigtig komponent i fusionsreaktioner, de studerer, er Rayleigh-Taylor-blanding, som opstår under begge.

Når der opstår en supernova, det smider noget udad, blanding af forskellige plasmaer med forskellige elementer, der inkluderer jern, carbon helium og hydrogen. Rayleigh-Taylor ustabilitet, dynamikken ved at blande flydende gasser eller plasmaer med forskellige densiteter, fører til oprettelsen af ​​supernova -rester.

UM-forskere mener, at vores metoder til modellering af blandingen, der forekommer i supernovaer, historisk set har været ufuldstændige. Energifluxer, der forårsager opvarmning, har en betydelig indvirkning på den blanding, der opstår. Alligevel er varme ikke en overvejelse i astrofysisk modellering af Rayleigh-Taylor.

"Rayleigh-Taylor er blevet undersøgt i over 100 år, "sagde Carolyn Kuranz, direktør for U-M's Center for Laser Eksperimentel Astrofysisk Forskning og en associeret forsker i klima- og rumvidenskab og teknik. "Men virkningerne af disse høje energistrømme, disse mekanismer, der forårsager opvarmning, er aldrig blevet undersøgt."

Forskerne fandt ud af, at øgede energifluxer og deres resulterende opvarmning reducerer mængden af ​​blanding, der opstår-hvilket reducerer Rayleigh-Taylor-ustabiliteten. Udover Kuranz, det videnskabelige hold omfatter fysikerne Hye-Sook Park og Channing Huntington fra Lawrence Livermore Laboratory.

"Disse varmemekanismer reducerer blanding og kan have en dramatisk effekt på udviklingen af ​​en supernova, "Sagde Kuranz." I vores eksperiment, vi fandt ud af, at blanding blev reduceret med 30 procent, og at reduktionen kunne fortsætte med at stige over tid. "

For at observere påvirkningen af ​​varme under fusion, forskere vendte sig til verdens største laser i Livermore, Calif. Åbnede i 2009, National Ignition Facility bruger varme og lasere til at skabe en fusionsreaktion – hvilket skaber forhold svarende til dem, der ses i en supernova-rest.

"Rayleigh-Taylor er teoretiseret til at forekomme i alle type II-supernovaer, og der er tegn på, at disse stjerner vender sig" indefra ", når de eksploderer, "Kuranz sagde." Disse eksperimenter hjælper os med at lære, hvad der foregår indeni. "

Tændingsanlægget gjorde det muligt for forskere at tage højde for varmeeffekten for første gang.

Observationer fra disse kontrollerede atomfusionsreaktioner har brede anvendelser til atomteknologi. I særdeleshed, de tilbyder en køreplan for at maksimere effektiviteten af ​​energiproduktionen.

"Lige nu, alle vores kernekraftværker er fissionsanlæg, "Kuranz sagde." Men fusion har en tendens til at være mere effektiv og give mindre atomaffald. I stedet for at bruge plutonium eller uran, som med fission, fusion kan genereres ved hjælp af lettere elementer såsom hydrogenisotoper. Så vi har en næsten ubegrænset kilde til brændstof på jorden. "

En undersøgelse af forskningen, "Hvor høje energifluxer kan påvirke Rayleigh-Taylor ustabilitet vækst i unge supernova rester, " er udgivet i Naturkommunikation . Forskningen blev finansieret af Department of Energy.