A lézerek képesek-e szintetizálni a neutroncsillag egyesülése során keletkező nehéz elemeket? – A fizika világa

Egy asztrofizikai folyamat, amely vasnál nehezebb elemeket hoz létre, még nagyobb kihívást jelenthet a laboratóriumban reprodukálni, mint azt korábban hitték – de nem lehetetlen. Erre a következtetésre jutottak a francia Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) kutatói, akik arról számoltak be, hogy a neutroncsillagok egyesülése során jellemző körülmények reprodukálásához jelentős fejlesztésekre lesz szükség mind a proton-, mind a neutronforrásokon. Szerintük ez a betekintés döntő fontosságú, mert reálisabb keretet biztosít a csillagfolyamatok megismétlésére irányuló jövőbeli erőfeszítésekhez.

Sok vasnál nehezebb elem az ún r-folyamat, hol r gyors neutronbefogásra utal. Ez a folyamat akkor következik be, amikor két neutroncsillag egyesül, és rengeteg szabad neutron jön létre. Ezekben a neutronokban gazdag környezetekben az atommagok sokkal gyorsabban fogják be a neutronokat, mint ahogy elveszítenék őket a béta-bomlás során (ami akkor következik be, amikor egy atommag energikus elektront vagy pozitront bocsát ki, és ezáltal az egyik neutronját protonná alakítja).

A tudósok úgy vélik, hogy a rA folyamat a mai világegyetemben található összes nehéz elem körülbelül felének forrása. A gyors neutronbefogás elősegítéséhez szükséges pontos feltételek azonban nem teljesen ismertek. A neutronban gazdag izotópok létrehozásához szükséges nagyon nagy sűrűségű neutronfluxusokat ugyanis rendkívül nehéz előállítani a laboratóriumban.

Új generációs több petawattos lézerrendszer

A jó hír az, hogy a lézerrel vezérelt (impulzusos) neutronforrások a szükséges típusú neutronnyalábokat képesek előállítani. által kidolgozott megközelítésben Vojtěch Horný és kollégái a LULI, egy ilyen lézer először ultraintenzív fényimpulzusokat irányítana egy szilárd célpontra. Ez azt eredményezné, hogy a célpont felületén lévő szennyezőrétegből származó hidrogénionok a fénysebesség jelentős hányadára gyorsulnak fel, magyarázza Horný. Ezeket a hidrogénionokat ezután egy aranyból készült másodlagos célponthoz irányítanák, amely neutronkonverterként és neutronbefogó célpontként is szolgálna.

„Eltérően a hagyományos módszertől, amely felgyorsítja a deuteronokat [nehéz hidrogénionokat] a fúziós reakciókhoz egy kis atomszámú konverterben (például egy berilliumból készült konverterben), hogy neutronokat szabadítson fel, a mi megközelítésünk egy új generációs, több petawattos lézerrendszert használ fel. hatékonyabb spallációs folyamatot indítanak el a nagy atomszámú anyagokban” – mondja Horný Fizika Világa. „Itt a több száz megaelektronvoltos (MeV) tartományba felgyorsult protonok egy nehéz atommagba ütköznek, és több neutron szabadul fel.”

A neutrontermelés fokozásának módjai

Horný szerint ennek a módszernek a célja, amelyet a Fizikai áttekintés C, jelentős mértékben fokozza a neutrontermelést. Numerikus szimulációkkal ő és kollégái kiszámították, hogy a jelenleg rendelkezésre álló lézerek elhanyagolható számú neutronban gazdag izotópot termelnének (ezek azok, amelyek legalább kettővel több neutront tartalmaznak, mint a kezdeti magmag).

Jó izotópszám azonban lehetséges lenne, ha a neutronokat nagyon alacsony energiákra lassítanák (20 millielektronvolt, ami a szilárd hidrogén hőmérsékletének felel meg). Az ilyen lassú sebesség növelné a neutronok befogásának valószínűségét. A lézert több órán keresztül 100 Hz-es frekvencián is pulzálni kell.

Ezek mind magas parancsok, de Horný nem adja fel. „Annak a kijózanító felismerésnek ellenére, hogy a jelenlegi proton- és neutronforrások kizárják a r- lézervezérelt neutronforrásokon keresztül történő folyamat, munkánk fontos alapot teremtett meg” – mondja. Vannak okok is reménykedni a technológiai fejlődéssel kapcsolatban. Példaként Horný egy folyamatban lévőt említ projekt a Colorado Állami Egyetemen az Egyesült Államokban, ahol a kutatók két 200 Joule-os, 100 femtoszekundumos, 100 Hz-es lézert építenek. Ez a projekt – mondja – „jelentős előrelépést jelent”.

A csapat által leírt intenzív neutronfluxusnak más alkalmazása is lehet, teszi hozzá Horný. Ezek közé tartozik egy anyag elemi összetételének rekonstrukciója gyors neutronrezonancia radiográfiával; gyors neutronaktiválás; és a gyorsneutronterápia az orvostudományban.

A LULI csapata most készül a javasolt lézerforrás elkészítésére, abban a reményben, hogy rekord neutronparamétereket ér el a Apollon lézerrendszer. Horný a maga részéről átköltözött a Extrém könnyű infrastruktúra-nukleáris fizika (ELI-NP) Romániában, ahol kutatói munkája az elektron- és iongyorsítás előmozdítására, valamint a lézer-plazma kölcsönhatásokból származó nagyenergiájú sugárzás előállítására fog összpontosítani. Az új szerep a másodlagos részecskék, köztük a neutronok különböző forrásainak feltárását jelenti.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/could-lasers-synthesize-heavy-elements-produced-in-neutron-star-mergers/