האם לייזרים יכולים לסנתז יסודות כבדים המיוצרים במיזוגים של כוכבי נויטרונים? - עולם הפיזיקה

תהליך אסטרופיזי שיוצר אלמנטים כבדים יותר מברזל עשוי להיות מאתגר אפילו יותר להתרבות במעבדה ממה שהאמינו בעבר - אך לא בלתי אפשרי. זו מסקנתם של חוקרים ממעבדת ה-Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) בצרפת, אשר מדווחים כי תנאי רבייה הנראים בדרך כלל במהלך מיזוגים של כוכבי נויטרונים ידרשו שיפורים משמעותיים במקורות הפרוטונים והנייטרונים כאחד. התובנה הזו היא קריטית, הם אומרים, מכיוון שהיא מספקת מסגרת מציאותית יותר למאמצים עתידיים לשכפל תהליכים כוכביים.

הרבה אלמנטים כבדים מברזל נוצרים באמצעות מה שנקרא r-תהליך, איפה r מתייחס ללכידת נויטרונים מהירה. תהליך זה מתרחש כאשר שני כוכבי נויטרונים מתמזגים, ויוצרים שפע של נויטרונים חופשיים. בסביבות עתירות ניוטרונים אלו, גרעיני אטום לוכדים נויטרונים הרבה יותר מהר ממה שהם יכולים לאבד אותם באמצעות ריקבון בטא (שמתרחש כאשר גרעין פולט אלקטרון או פוזיטרון אנרגטי, ובכך הופך את אחד הנייטרונים שלו לפרוטון).

מדענים מאמינים כי r-תהליך הוא המקור לכמחצית מכל היסודות הכבדים המצויים ביקום כיום. עם זאת, התנאים המדויקים הנדרשים כדי להקל על לכידת נויטרונים מהירה אינם מובנים במלואם. הסיבה לכך היא שקשה מאוד לייצר את שטפי הנייטרונים בצפיפות גבוהה מאוד הדרושים ליצירת איזוטופים עשירים בניוטרונים במעבדה.

מערכת לייזר מרובה פטאוואט מהדור הבא

החדשות הטובות הן שמקורות נויטרונים מונעים בלייזר (פועם) יכולים לייצר את סוגי קרני הנייטרונים הנדרשים. בגישה שפותחה על ידי Vojtěch Horný ועמיתים במשרד לולי, לייזר כזה יכוון תחילה פעימות אור אינטנסיביות במיוחד למטרה מוצקה. זה יגרום ליוני מימן משכבה מזהמת על פני המטרה להאיץ לשבריר משמעותי ממהירות האור, מסביר הורני. יוני מימן אלו יופנו למטרה משנית עשויה מזהב שתשמש גם כממיר נויטרונים וגם כמטרה לכידת נויטרונים.

"בניגוד לשיטה המסורתית שמאיצה דיוטרונים [יוני מימן כבדים] לתגובות היתוך בממיר בעל מספר אטומי נמוך (לדוגמה, כזה העשוי מבריליום) לשחרור נויטרונים, הגישה שלנו ממנפת מערכת לייזר מרובה פטוואט מהדור החדש כדי להפעיל תהליך התזוזה יעיל יותר בחומרים בעלי מספר אטומי גבוה", מספר הורני עולם הפיזיקה. "כאן, פרוטונים המואצים לאנרגיות בטווח של מאות מגה-אלקטרון-וולט (MeV) פוגעים בגרעין כבד, ומשחררים מספר גבוה יותר של נויטרונים."

דרכים לשיפור ייצור נויטרונים

הורני אומר שהמטרה של שיטה זו, המתוארת ב סקירה פיזית ג, היא לשפר משמעותית את ייצור הנייטרונים. באמצעות סימולציות מספריות, הוא ועמיתיו חישבו שלייזרים הזמינים כעת ייצרו מספר זניח של איזוטופים עשירים בניוטרונים (מוגדרים ככאלה שיש להם לפחות שני נויטרונים יותר מגרעין הזרע הראשוני).

עם זאת, ספירת איזוטופים טובה בכל זאת תהיה אפשרית אם הנייטרונים היו מואטים לאנרגיות נמוכות מאוד (20 מיליאלקטרון-וולט, המקביל לטמפרטורת המימן המוצק). מהירויות איטיות כאלה יגדילו את ההסתברות של הנייטרונים להיתפס. כמו כן, יהיה צורך להפעיל את הלייזר בתדר של 100 הרץ למשך מספר שעות.

כל אלה הזמנות גבוהות, אבל הורני לא מוותרת. "למרות ההבנה המפוכחת שמקורות הפרוטונים והנייטרונים הנוכחיים מונעים את התצפית לטווח הקרוב של rתהליך באמצעות מקורות נייטרונים מונעי לייזר, העבודה שלנו הניחה בסיס חשוב", הוא אומר. יש גם סיבות לתקווה לגבי התקדמות טכנולוגית. כדוגמה, הורני מצטטת מתמשכת פרויקט באוניברסיטת קולורדו סטייט בארה"ב, שם חוקרים בונים שני לייזרים של 200 ג'ול, 100 פמט שניות, 100 הרץ. הפרויקט הזה, הוא אומר, "מייצג צעד משמעותי קדימה".

לשטף האינטנסיבי של נויטרונים שהצוות תיאר יכולים להיות יישומים אחרים, מוסיף הורני. אלה כוללים שחזור הרכב היסודות של החומר באמצעות רדיוגרפיה מהירה של תהודה נויטרונים; הפעלה מהירה של נויטרונים; וטיפול ניוטרונים מהיר ברפואה.

צוות LULI מתכונן כעת לייצר את מקור הלייזר המוצע שלהם, בתקווה להשיג פרמטרי נויטרונים שוברי שיא באמצעות מערכת לייזר אפלון. הורני, מצדו, עבר ל- תשתית אור קיצוני-פיזיקה גרעינית (ELI-NP) ברומניה, שם עבודתו כמדען מחקר תתמקד בקידום האצת אלקטרונים ויונים, כמו גם ביצירת קרינה עתירת אנרגיה מאינטראקציות לייזר-פלזמה. התפקיד החדש, לדבריו, כרוך בחקר מקורות שונים של חלקיקים משניים, כולל נויטרונים.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/could-lasers-synthesize-heavy-elements-produced-in-neutron-star-mergers/