Ученые предсказывают данные реакции для исследования синтеза. Используя моделирования и расчеты, ученые-ядерщики Лоуренса Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) впервые точно предсказали свойства поляризованного термоядерного синтеза. Аналогичные расчеты могут быть использованы для ответа на некоторые из наиболее фундаментальных вопросов о происхождении Вселенной и эволюции звезд.

Наиболее прямое и, следовательно, самое твердое предсказание нуклеосинтеза Большого взрыва касается гелия-4, каждое ядро ​​которого состоит из двух протонов и двух нейтронов. Однако гелий-4 также является стандартным продуктом звездного ядерного синтеза. Чтобы сделать вывод об изобилии первичного гелия-4, астрономы обращаются к определенным карликовым галактикам. Это изображение показывает важный пример, галактика «I Zwicky 18», карликовая галактика, довольно близкая к нам по межгалактическим меркам, всего в 45 миллионов световых лет от нас. Фото: НАСА

В течение десятилетий ученые-ядерщики пытались использовать энергию, вырабатываемую термоядерным синтезом некоторых из самых легких ядер, дейтерия (D) и трития (T), для питания термоядерных реакторов будущего.

В термоядерном синтезе DT с поляризацией спина — где ядра D и T «вращаются» в одном и том же направлении — скорость синтеза может быть увеличена на 50%, а полученные заряженные ядра гелия (He) могут быть более эффективно сфокусированы для нагрева топливо. Это один из следующих рубежей технологии синтеза.

Однако преимущества поляризованного слияния зависят от выживания поляризации в плазме DT и полного понимания того, как увеличение скорости слияния и начальное выравнивание He изменяется в зависимости от температуры и степени поляризации.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications от 21 января , команда LLNL впервые использовала проверенные модели взаимодействия нейтронов и протонов (составляющих ядра) и мощный метод ab initio реакции, чтобы точно предсказать свойства поляризованного ДТ термоядерного синтеза. Исследование устанавливает лучшее понимание скорости слияния DT в поляризованной плазме.

Термоядерный синтез — это тип нуклеосинтеза (процесс создания атомных ядер), в котором более легкие элементы, такие как водород и гелий, превращаются в более тяжелые, такие как углерод и кислород, и в процессе выделяют большое количество энергии. Термоядерный синтез происходит естественным образом в звездах, которые — от рождения до смерти — подпитываются нуклеосинтезом, а также играют важную роль в объяснении изначального содержания элементов после Большого взрыва. Из-за этого термоядерные реакции представляют большой интерес для астрофизиков, которые стремятся ответить на некоторые из самых фундаментальных вопросов о происхождении вселенной и эволюции звезд.

Вероятность слияния двух положительно заряженных ядер чрезвычайно мала при звездных энергиях, требуемых астрофизическими моделями. Это затрудняет репликацию и измерение реакций Большого взрыва и звездного нуклеосинтеза в лабораторных условиях и вносит большие неопределенности в предсказания об элементном изобилии и эволюции звезд.

«Аналогичные расчеты для поляризованного термоядерного синтеза могут быть использованы в будущем наряду с имеющимися экспериментальными данными для получения данных термоядерной реакции и уровня точности, необходимого для улучшения предсказуемости симуляций астрофизики», — сказала физик LLNL София Куаглиони, одна из авторов бумага.

Исследование объединило подходы первого принципа с высокопроизводительными вычислениями, чтобы моделировать термоядерные реакции в модели безосновной оболочки с континуумом. Расчеты для поляризованного термоядерного синтеза потребовали более 200 МПУ-часов на машинах Livermore Computing Vulcan и Quartz.

По материалам phys.org