Θα μπορούσαν τα λέιζερ να συνθέσουν βαριά στοιχεία που παράγονται σε συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων; – Κόσμος Φυσικής

Μια αστροφυσική διαδικασία που δημιουργεί στοιχεία βαρύτερα από τον σίδηρο μπορεί να είναι ακόμη πιο δύσκολη η αναπαραγωγή στο εργαστήριο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως - αλλά όχι αδύνατη. Αυτό είναι το συμπέρασμα ερευνητών στο Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) στη Γαλλία, οι οποίοι αναφέρουν ότι οι συνθήκες αναπαραγωγής που συνήθως παρατηρούνται κατά τη διάρκεια συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων θα απαιτήσουν σημαντικές βελτιώσεις τόσο στις πηγές πρωτονίων όσο και στις πηγές νετρονίων. Αυτή η εικόνα είναι ζωτικής σημασίας, λένε, επειδή παρέχει ένα πιο ρεαλιστικό πλαίσιο για μελλοντικές προσπάθειες αναπαραγωγής αστρικών διεργασιών.

Πολλά βαρύτερα από το σίδηρο στοιχεία σχηματίζονται μέσω του λεγόμενου r-διαδικασία, όπου r αναφέρεται στην ταχεία σύλληψη νετρονίων. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει όταν δύο αστέρια νετρονίων συγχωνεύονται, δημιουργώντας μια αφθονία ελεύθερων νετρονίων. Σε αυτά τα πλούσια σε νετρόνια περιβάλλοντα, οι ατομικοί πυρήνες συλλαμβάνουν τα νετρόνια πολύ πιο γρήγορα από ό,τι μπορούν να τα χάσουν μέσω της διάσπασης βήτα (η οποία συμβαίνει όταν ένας πυρήνας εκπέμπει ένα ενεργητικό ηλεκτρόνιο ή ποζιτρόνιο, μετατρέποντας έτσι ένα από τα νετρόνια του σε πρωτόνιο).

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το r-Η διαδικασία είναι η πηγή περίπου των μισών βαρέων στοιχείων που βρίσκονται στο σύμπαν σήμερα. Ωστόσο, οι ακριβείς συνθήκες που απαιτούνται για τη διευκόλυνση της ταχείας σύλληψης νετρονίων δεν είναι πλήρως κατανοητές. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι είναι εξαιρετικά δύσκολο να δημιουργηθούν οι πολύ υψηλής πυκνότητας ροές νετρονίων που απαιτούνται για τη δημιουργία ισοτόπων πλούσιων σε νετρόνια στο εργαστήριο.

Ένα σύστημα λέιζερ επόμενης γενιάς πολλαπλών πετάβατ

Τα καλά νέα είναι ότι οι πηγές νετρονίων που οδηγούνται από λέιζερ θα μπορούσαν να παράγουν τους απαιτούμενους τύπους δέσμης νετρονίων. Στην προσέγγιση που αναπτύχθηκε από Vojtěch Horný και συναδέλφους στο ΛΟΥΛΙ, ένα τέτοιο λέιζερ θα κατευθύνει πρώτα εξαιρετικά έντονους παλμούς φωτός σε έναν στερεό στόχο. Αυτό θα έκανε τα ιόντα υδρογόνου από ένα στρώμα ρύπανσης στην επιφάνεια του στόχου να επιταχυνθούν σε σημαντικό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός, εξηγεί ο Horný. Αυτά τα ιόντα υδρογόνου θα κατευθυνθούν στη συνέχεια σε έναν δευτερεύοντα στόχο από χρυσό που θα χρησίμευε τόσο ως μετατροπέας νετρονίων όσο και ως στόχος σύλληψης νετρονίων.

«Σε αντίθεση με την παραδοσιακή μέθοδο που επιταχύνει δευτερόνια [βαριά ιόντα υδρογόνου] για αντιδράσεις σύντηξης σε μετατροπέα χαμηλού ατομικού αριθμού (για παράδειγμα, κατασκευασμένο από βηρύλλιο) για την απελευθέρωση νετρονίων, η προσέγγισή μας αξιοποιεί ένα σύστημα λέιζερ νέας γενιάς πολλαπλών πετάβατ για να ενεργοποιούν μια πιο αποτελεσματική διαδικασία σπασίματος σε υλικά υψηλού ατομικού αριθμού», λέει ο Horný Κόσμος Φυσικής. «Εδώ, τα πρωτόνια που επιταχύνονται σε ενέργειες στην περιοχή εκατοντάδων μεγαηλεκτρονβολτ (MeV) χτυπούν έναν βαρύ πυρήνα, απελευθερώνοντας μεγαλύτερο αριθμό νετρονίων».

Τρόποι ενίσχυσης της παραγωγής νετρονίων

Ο Horný λέει ότι ο στόχος αυτής της μεθόδου, ο οποίος περιγράφεται στο Φυσική Ανασκόπηση Γ, είναι να ενισχύσει σημαντικά την παραγωγή νετρονίων. Χρησιμοποιώντας αριθμητικές προσομοιώσεις, ο ίδιος και οι συνάδελφοί του υπολόγισαν ότι τα διαθέσιμα επί του παρόντος λέιζερ θα παράγουν έναν αμελητέο αριθμό ισοτόπων πλούσιων σε νετρόνια (που ορίζονται ως εκείνα με τουλάχιστον δύο περισσότερα νετρόνια από τον αρχικό πυρήνα των σπόρων).

Ωστόσο, ένας καλός αριθμός ισοτόπων θα ήταν ωστόσο δυνατός εάν τα νετρόνια επιβραδύνονταν σε πολύ χαμηλές ενέργειες (20 millielectrovolt, που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία του στερεού υδρογόνου). Τέτοιες αργές ταχύτητες θα ενίσχυαν την πιθανότητα σύλληψης των νετρονίων. Το λέιζερ θα χρειαζόταν επίσης παλμό σε συχνότητα 100 Hz για αρκετές ώρες.

Όλα αυτά είναι ψηλά, αλλά ο Horný δεν τα παρατάει. «Παρά την απογοητευτική συνειδητοποίηση ότι οι τρέχουσες πηγές πρωτονίων και νετρονίων αποκλείουν τη βραχυπρόθεσμη παρατήρηση του r-διαδικασία μέσω πηγών νετρονίων που οδηγούνται από λέιζερ, το έργο μας έχει θέσει σημαντικές βάσεις», λέει. Υπάρχουν επίσης λόγοι να είμαστε αισιόδοξοι για την τεχνολογική πρόοδο. Ως παράδειγμα, ο Horný αναφέρει μια συνεχιζόμενη έργο στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στις ΗΠΑ, όπου οι ερευνητές κατασκευάζουν δύο λέιζερ 200 Joule, 100 femtosecond, 100 Hz. Αυτό το έργο, λέει, «αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός».

Η έντονη ροή νετρονίων που περιέγραψε η ομάδα θα μπορούσε να έχει άλλες εφαρμογές, προσθέτει ο Horný. Αυτά περιλαμβάνουν την ανακατασκευή της στοιχειακής σύνθεσης ενός υλικού χρησιμοποιώντας ακτινογραφία ταχείας συντονισμού νετρονίων. γρήγορη ενεργοποίηση νετρονίων. και γρήγορη θεραπεία νετρονίων στην ιατρική.

Η ομάδα LULI ετοιμάζεται τώρα να κατασκευάσει την προτεινόμενη πηγή λέιζερ, με την ελπίδα να επιτύχει παραμέτρους νετρονίων που θα σπάσουν ρεκόρ χρησιμοποιώντας το Σύστημα λέιζερ Apollon. Ο Horný, από την πλευρά του, έχει μετακομίσει στο Υποδομή ακραίου φωτός-Πυρηνική Φυσική (ELI-NP) στη Ρουμανία, όπου το έργο του ως ερευνητής επιστήμονας θα επικεντρωθεί στην προώθηση της επιτάχυνσης ηλεκτρονίων και ιόντων, καθώς και στη δημιουργία ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας από αλληλεπιδράσεις λέιζερ-πλάσμα. Ο νέος ρόλος, λέει, περιλαμβάνει την εξερεύνηση διαφόρων πηγών δευτερογενών σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων των νετρονίων.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/could-lasers-synthesize-heavy-elements-produced-in-neutron-star-mergers/