Bisakah laser mensintesis unsur-unsur berat yang dihasilkan dari penggabungan bintang neutron? – Dunia Fisika

Proses astrofisika yang menghasilkan unsur-unsur yang lebih berat daripada besi mungkin lebih sulit untuk direproduksi di laboratorium daripada yang diyakini sebelumnya – namun bukan tidak mungkin. Hal ini merupakan kesimpulan para peneliti di Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) di Perancis, yang melaporkan bahwa kondisi reproduksi yang biasanya terlihat selama penggabungan bintang neutron akan memerlukan perbaikan besar pada sumber proton dan neutron. Wawasan ini sangat penting, kata mereka, karena memberikan kerangka kerja yang lebih realistis untuk upaya masa depan dalam mereplikasi proses-proses luar biasa.

Banyak unsur yang lebih berat dari besi terbentuk melalui apa yang disebut r-proses, dimana r mengacu pada penangkapan neutron cepat. Proses ini terjadi ketika dua bintang neutron bergabung sehingga menghasilkan neutron bebas yang melimpah. Dalam lingkungan kaya neutron ini, inti atom menangkap neutron jauh lebih cepat dibandingkan kehilangannya melalui peluruhan beta (yang terjadi ketika inti atom memancarkan elektron atau positron yang energik, sehingga mengubah salah satu neutronnya menjadi proton).

Para ilmuwan percaya bahwa itu r-proses adalah sumber dari sekitar setengah dari seluruh unsur berat yang ditemukan di alam semesta saat ini. Namun, kondisi pasti yang diperlukan untuk memfasilitasi penangkapan neutron secara cepat belum sepenuhnya dipahami. Hal ini karena sangat sulit menghasilkan fluks neutron dengan kepadatan sangat tinggi yang diperlukan untuk menghasilkan isotop kaya neutron di laboratorium.

Sistem laser multi-petawatt generasi berikutnya

Kabar baiknya adalah sumber neutron yang digerakkan oleh laser (berdenyut) dapat menghasilkan jenis berkas neutron yang dibutuhkan. Dalam pendekatan yang dikembangkan oleh Vojtěch Horný dan rekan-rekan di LULI, laser semacam itu pertama-tama akan mengarahkan gelombang cahaya ultra-intens ke target padat. Hal ini akan menyebabkan ion hidrogen dari lapisan kontaminan pada permukaan target berakselerasi hingga kecepatan cahaya yang signifikan, jelas Horný. Ion hidrogen ini kemudian akan diarahkan ke target sekunder yang terbuat dari emas yang akan berfungsi sebagai konverter neutron dan target penangkapan neutron.

“Tidak seperti metode tradisional yang mempercepat deuteron [ion hidrogen berat] untuk reaksi fusi dalam konverter nomor atom rendah (misalnya, yang terbuat dari berilium) untuk melepaskan neutron, pendekatan kami memanfaatkan sistem laser multi-petawatt generasi baru untuk memicu proses spalasi yang lebih efisien pada material dengan nomor atom tinggi,” kata Horný Dunia Fisika. “Di sini, proton yang dipercepat hingga mencapai energi ratusan megaelektronvolt (MeV) menumbuk inti yang berat, melepaskan lebih banyak neutron.”

Cara untuk meningkatkan produksi neutron

Horný mengatakan bahwa tujuan dari metode ini, yang dijelaskan dalam Tinjauan Fisik C, adalah untuk meningkatkan produksi neutron secara signifikan. Dengan menggunakan simulasi numerik, ia dan rekan-rekannya menghitung bahwa laser yang tersedia saat ini akan menghasilkan isotop kaya neutron dalam jumlah yang dapat diabaikan (didefinisikan sebagai isotop yang memiliki setidaknya dua neutron lebih banyak daripada inti benih awal).

Namun, penghitungan isotop yang baik masih dapat dilakukan jika neutron diperlambat hingga energi yang sangat rendah (20 milielektronvolt, setara dengan suhu hidrogen padat). Kecepatan lambat seperti itu akan meningkatkan kemungkinan tertangkapnya neutron. Laser juga perlu berdenyut pada frekuensi 100 Hz selama beberapa jam.

Itu semua adalah hal yang sulit, tetapi Horný tidak menyerah. “Meskipun ada kesadaran serius bahwa sumber proton dan neutron yang ada saat ini menghalangi pengamatan jangka pendek terhadap planet tersebut r-proses melalui sumber neutron yang digerakkan oleh laser, pekerjaan kami telah meletakkan landasan penting,” katanya. Ada juga alasan untuk berharap terhadap kemajuan teknologi. Sebagai contoh, Horný mengutip sebuah fenomena yang sedang berlangsung proyek di Colorado State University di AS, tempat para peneliti membuat dua laser 200-Joule, 100-femtosecond, 100 Hz. Proyek ini, katanya, “mewakili sebuah langkah maju yang signifikan”.

Fluks neutron yang kuat yang dijelaskan oleh tim dapat mempunyai kegunaan lain, tambah Horný. Ini termasuk merekonstruksi komposisi unsur suatu material menggunakan radiografi resonansi neutron cepat; aktivasi neutron cepat; dan terapi neutron cepat dalam kedokteran.

Tim LULI sekarang bersiap untuk membuat sumber laser yang mereka usulkan, dengan harapan dapat mencapai parameter neutron yang memecahkan rekor menggunakan Sistem laser Apollon. Horný, pada bagiannya, telah pindah ke Infrastruktur Ringan Ekstrim-Fisika Nuklir (ELI-NP) di Rumania, di mana pekerjaannya sebagai ilmuwan riset akan fokus pada peningkatan percepatan elektron dan ion, serta menghasilkan radiasi energi tinggi dari interaksi laser-plasma. Peran baru ini, katanya, melibatkan eksplorasi berbagai sumber partikel sekunder, termasuk neutron.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/could-lasers-synthesize-heavy-elements-produced-in-neutron-star-mergers/