Forskere forudsiger reaktionsdata til fusionsforskning, indsigt i universernes oprindelse

Ved hjælp af simuleringer og beregninger, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) atomforskere har for første gang præcist forudsagt egenskaberne ved polariseret termonuklear fusion. Analoge beregninger kunne bruges til at besvare nogle af de mest fundamentale spørgsmål om universets oprindelse og stjernernes udvikling.

I årtier, atomforskere har forsøgt at udnytte energien produceret ved den termonukleære fusion af nogle af de letteste kerner, deuterium (D) og tritium (T), til at drive fremtidens termonukleare reaktorer.

I spin -polariseret DT termonuklear fusion - hvor D- og T -kernerne "snurrer" i samme retning - kunne fusionshastigheden øges med så meget 50 procent, og de producerede ladede helium (He) -kerner kunne fokuseres mere effektivt til opvarmning brændstoffet. Dette er en af ​​fusionsteknologiens næste grænser.

Imidlertid, fordelene ved polariseret fusionshængsel på polariseringens overlevelse i DT -plasmaet, og en fuldstændig forståelse af, hvordan fusionshastighedsforøgelse og indledende He -justering varierer med temperatur og polarisationsgrad.

I den nye forskning, der blev offentliggjort i tidsskriftet 21. januar Naturkommunikation , LLNL -teamet brugte for første gang validerede modeller for interaktioner mellem neutroner og protoner (kernerne) og en kraftfuld ab initio -reaktionsmetode til præcist at forudsige egenskaberne ved den polariserede termonukleare fusion. Forskningen etablerer en bedre forståelse af hastigheden af ​​DT -fusion i et polariseret plasma.

Termonuklear fusion er en type nukleosyntese (processen med at lave atomkerner), hvor lettere elementer, såsom hydrogen og helium, omdannes til tungere - som kulstof og ilt - og frigiver i processen store mængder energi. Termonuklear fusion forekommer naturligt i stjerner, som - fra fødsel til død - drives af nukleosyntese, og spiller også en vigtig rolle i forklaringen af ​​de oprindelige overflod af elementer efter Big Bang. På grund af dette, termonukleære reaktioner er af stor interesse for astrofysikere, der søger at besvare nogle af de mest fundamentale spørgsmål om universets oprindelse og stjernernes udvikling.

Sandsynligheden for, at to positivt ladede kerner smelter sammen, er ekstremt lille ved de stjernenergier, der kræves af astrofysiske modeller. Dette gør Big Bang og stjernernes nukleosyntesereaktioner vanskelige at replikere og måle i en laboratorieindstilling og introducerer store usikkerheder i forudsigelserne om elementære overflader og stjernernes udvikling.

"Analoge beregninger til den polariserede DT -fusion kunne bruges i fremtiden sammen med tilgængelige eksperimentelle data til at levere de termonukleære reaktionsdata og det nøjagtighedsniveau, der kræves for at forbedre forudsigeligheden af ​​astrofysiske simuleringer, "sagde LLNL -fysikeren Sofia Quaglioni, en af ​​forfatterne til papiret.

Forskningen kombinerede førsteprincipmetoder med højtydende computing til modellering af termonukleære reaktioner i no-core shell-modellen med kontinuum. Beregningerne for den polariserede DT-fusion krævede mere end 200 Mcpu-timer på Livermore Computing Vulcan og Quartz-maskiner.