Fuzja jądrowa i neutrony o różnym pochodzeniu. Naukowcy rozwiązali długoletnią zagadkę

Dzięki modelowaniu komputerowemu oraz dokładnym pomiarom naukowcy rozwiązali długoletni problem związany z odróżnianiem neutronów o różnym pochodzeniu.

Fuzja jądrowa jest źródłem energii Słońca i innych gwiazd, a ludzie – z mniejszymi lub większymi sukcesami – starają się ją odtwarzać. Jedną z placówek prowadzących badania w tej sprawie jest National Ignition Facility (NIF). Tamtejsi naukowcy korzystają ze 192 wiązek laserowych skupionych w jednym miejscu, dzięki czemu możliwe jest podgrzewanie izotopów wodoru znajdujących się wewnątrz kapsuły paliwowej. W efekcie dochodzi do implozji, która zapewnia ciśnienie i temperatury porównywalne z tymi, które występują między innymi w rdzeniach gwiazd.

Czytaj też: Stellaratory i kolejny postęp w zakresie fuzji jądrowej

Można w tym celu użyć urządzeń wykorzystujących tzw. skurcz zeta, dzięki którym plazma ulega kurczeniu i deformacji na skutek działania własnego pola magnetycznego. Naukowcy stojący za ostatnimi eksperymentami wykorzystali techniki modelowania komputerowego oraz urządzenia pomiarowe. W ten sposób chcieli rozwiązać problem odróżniania neutronów powstających w wyniku reakcji termojądrowych od neutronów produkowanych za sprawą niestabilności napędzanych wiązką jonów w plazmie.

Wcześniejsze badania sugerowały, że neutrony w urządzeniach warunkujących skurcz zeta, wykorzystujących stabilizację przepływu ścinającego są zgodne z produkcją termojądrową. Brakowało jednak potwierdzenia. Nowsze analizy, których wyniki są dostępne w Physics of Plasmas, dostarczają natomiast bezpośrednich dowód na to, że fuzja termojądrowa produkuje neutrony, a nie jony napędzane niestabilnością wiązki.

Fuzja jądrowa umożliwia produkowanie ogromnych ilości energii

Warto mieć na uwadze, iż badania dotyczyły jednego urządzenia, choć ich autorzy przekonują, że wypracowane techniki i koncepcje można wykorzystać w odniesieniu do wielu innych urządzeń związanych z syntezą jądrową w reżimie fuzji magneto-inercyjnej. Sama koncepcja skurczu zeta w teorii istniała już od niemal stu lat, lecz przez długi czas dotyczyło jej wiele niestabilności. W efekcie problematyczne było zapewnianie warunków niezbędnych do uzyskania przyrostu energii netto.

Urządzenia wykorzystujące skurcz zeta i oparte na przepływie ścinającym – zamiast silnych magnesów stabilizujących – wykorzystują impulsowy prąd elektryczny. Umożliwia on generowanie pola magnetycznego przepływającego przez plazmę, co z kolei ogranicza niestabilności zakłócające fuzję.

Czytaj też: Fuzja jądrowa – pięć faktów, które warto znać

W ramach Fusion Z-Pinch Experiment (FuZE) odnotowano, że kiedy promień cylindra zwężał się w celu zwiększenia kompresji, w plazmie tworzyły się wgłębienia generujące znacznie silniejsze pola magnetyczne. Ich obecność prowadziła do sytuacji, w której plazma w niektórych miejscach zaciskała się w większym stopniu niż w innych. Takie niestabilności wytwarzały natomiast wiązki przyspieszonych jonów produkujących neutrony, które mogłyby zostać pomylone z neutronami pochodzącymi z reaktorów termojądrowych.

Naukowcy postanowili umieścić dwa plastikowe detektory scyntylacyjne na zewnątrz urządzenia. Dzięki nim byli w stanie śledzić neutrony, które pojawiały się w ciągu kilku mikrosekund z różnych miejsc i pod różnymi kątami na zewnątrz komory związanej ze skurczem zeta. Potwierdziło się, iż energie emitowanych neutronów były jednakowe w różnych punktach. Świadczy to o zachodzeniu reakcji syntezy termojądrowej.