Przez
Na reakcje syntezy jądrowej przy niskich energiach wpływa migracja nukleonów i skład izospiny jąder. Badania podkreślają rolę kształtu jądra i dynamiki izospiny w obniżaniu bariery termojądrowej, co może pomóc w rozwoju fizyki jądrowej i rozwiązań energetycznych. Źródło: SciTechDaily.com
Naukowcy poszerzają kwantowo-mechaniczne opisy reakcji syntezy jądrowej.
Na niskoenergetyczne reakcje syntezy jądrowej wpływa migracja neutronów i protonów pomiędzy łączącymi się jądrami oraz ich składem izospinowym. Badania przeprowadzone przy użyciu wysokowydajnych modeli obliczeniowych wykazały znaczenie dynamiki izospiny i kształtów jąder, szczególnie w układach asymetrycznych bogatych w neutrony, ujawniając istotne implikacje dla fizyki jądrowej i potencjalnych zastosowań energii.
Niskoenergetyczna synteza jądrowa
Niskoenergetyczne reakcje syntezy jądrowej mogą potencjalnie zapewnić czystą energię. W gwiazdach niskoenergetyczne reakcje syntezy jądrowej na etapach spalania węgla i tlenu mają kluczowe znaczenie dla ewolucji gwiazd. Reakcje te dostarczają również cennego wglądu w egzotyczne procesy zachodzące w wewnętrznej skorupie gwiazd neutronowych podczas akumulacji materii. Jednak naukowcy nie w pełni rozumieją dynamikę leżącą u podstaw tych reakcji.
Kluczem do odblokowania procesu fuzji jest zrozumienie, w jaki sposób nukleony przemieszczają się pomiędzy dwoma łączącymi się jądrami. Gdy jądra zbliżają się na tyle blisko, że siły jądrowe stają się skuteczne, neutrony i protony mogą migrować z jednego jądra do drugiego. Ten ruch potencjalnie ułatwia proces fuzji.
Cieniowane kontury jąder wapnia-40 i iterbu-176 (40Ca+176Yb) podczas ich zderzeń prowadzących do fuzji, z prądami nukleonowymi dla neutronów na niebiesko i protonów na czerwono. Przepływ netto neutronów wynosi od 176Yb do 40Ca, a przepływ protonów jest odwrotny. Źródło: Sait Umar
Rola izospiny w procesach syntezy
W badaniu tym zbadano wpływ składu izospiny na procesy syntezy niskoenergetycznej. Jest to kluczowa właściwość jądrowa, która odróżnia protony od neutronów. Naukowcy wykorzystali techniki obliczeniowe i modelowanie teoretyczne, aby zbadać fuzję różnych jąder o różnych konfiguracjach izospiny. Wyniki pokazują, że skład izospinowy jąder w reakcji syntezy jądrowej odgrywa kluczową rolę w zrozumieniu tej reakcji.
Odkrycia dostarczają wglądu w procesy rządzące reakcjami syntezy niskoenergetycznej. Mogłoby to usprawnić badania naukowe nad procesami astrofizycznymi, takimi jak nukleosynteza, która ma kluczowe znaczenie dla naszego zrozumienia Wszechświata jako całości.
Badanie izotopów i kształtów jąder
W tym badaniu naukowcy z Uniwersytetu Fisk i Uniwersytetu Vanderbilt wykorzystali wysokowydajne techniki modelowania obliczeniowego i teoretycznego do przeprowadzenia szczegółowego badania metodą wielu ciał, w jaki sposób dynamika izospiny wpływa na syntezę jądrową przy niskich energiach w szeregu izotopów.
W badaniu zbadano także, jak kształt zaangażowanych jąder wpływa na tę dynamikę. W układach, w których jądra nie są symetryczne, szczególnie istotna staje się dynamika izospiny, często prowadząca do obniżenia bariery termojądrowej, zwłaszcza w układach bogatych w neutrony. Zjawisko to można badać za pomocą obiektów specjalizujących się w generowaniu wiązek złożonych z egzotycznych, niestabilnych jąder.
Implikacje dla fizyki jądrowej i energii
Odkrycia dostarczają krytycznej wiedzy na temat podstawowych procesów jądrowych rządzących tymi reakcjami, co ma szerokie implikacje dla takich dziedzin, jak fizyka jądrowa, astrofizyka i być może pewnego dnia energia oparta na syntezie termojądrowej.
Odniesienie: „Rola składu izospiny w niskoenergetycznej syntezie jądrowej” Richarda Gumbela, Christiana Rossa i AS Umara, 14 listopada 2023 r., Przegląd fizyczny C.
DOI: 10.1103/PhysRevC.108.L051602
Badania te były wspierane przez Departament Energii, Biuro Naukowe, Biuro Fizyki Jądrowej.
