Nya insikter om nukleonutbytets roll i kärnfusion

by Albert
Skuggade konturer av kalcium-40- och ytterbium-176-kärnor (40Ca+176Yb) när de kolliderar, vilket leder till fusion, med nukleonströmmar för neutroner i blått och protoner i rött. Nettoflödet av neutroner är från 176Yb till 40Ca och protonflödet är det motsatta. Kredit: Sait Umar

Lågenergetiska kärnfusionsreaktioner kan potentiellt ge ren energi. I stjärnor är lågenergifusionsreaktioner under förbränningen av kol och syre avgörande för stjärnans utveckling. Dessa reaktioner ger också värdefulla insikter i de exotiska processer som sker i neutronstjärnors inre skorpa när de ackumulerar materia.

Forskarna förstår dock inte till fullo den underliggande dynamik som styr dessa reaktioner. Nyckeln till att låsa upp fusionsprocessen är att förstå hur nukleoner rör sig mellan de två fusionerande kärnorna. När kärnorna närmar sig varandra tillräckligt för att kärnkrafterna ska bli effektiva kan neutroner och protoner förflytta sig från en kärna till en annan. Denna rörelse kan potentiellt underlätta fusionsprocessen.

I en nyligen genomförd studie har man undersökt hur isospinsammansättningen påverkar lågenergifusionsprocesser. Detta är en viktig nukleär egenskap som skiljer protoner från neutroner. Forskarna använde beräkningstekniker och teoretisk modellering för att undersöka fusionen av olika kärnor med varierande isospinkonfigurationer. Resultaten visar att isospinsammansättningen hos atomkärnorna i en fusionsreaktion spelar en avgörande roll för att förstå reaktionen. Artikeln är publicerad i tidskriften Physical Review C.

I denna studie har forskare vid Fisk University och Vanderbilt University använt högpresterande beräknings- och teoretiska modelleringstekniker för att genomföra en detaljerad studie med mångkroppsmetoder av hur isospins dynamik påverkar kärnfusion vid låga energier i en serie isotoper. I studien undersöktes också hur formen på de inblandade atomkärnorna påverkar denna dynamik. I system där kärnorna inte är symmetriska blir isospindynamiken särskilt viktig, vilket ofta leder till en sänkt fusionsbarriär, särskilt i neutronrika system. Detta fenomen kan utforskas med hjälp av anläggningar som är specialiserade på att generera strålar som består av exotiska, instabila kärnor.

Resultaten ger viktig kunskap om de grundläggande kärnprocesser som styr dessa reaktioner, som har stora konsekvenser för områden som kärnfysik, astrofysik och, kanske en dag, fusionsbaserad energi.

Ytterligare information: Richard Gumbel et al, Role of isospin composition in low-energy nuclear fusion, Physical Review C (2023). DOI: 10.1103/PhysRevC.108.L051602

Related Articles

Leave a Comment