中性子星合体で生成される重元素をレーザーで合成できるのでしょうか？ – 物理世界

鉄より重い元素を生成する天体物理学的プロセスを実験室で再現するのは、これまで考えられていたよりもさらに困難である可能性がありますが、不可能ではありません。これは、フランスのレーザー強度利用研究所（LULI）の研究者の結論であり、中性子星合体時に典型的に見られる状態を再現するには、陽子源と中性子源の両方に大幅な改良が必要であると報告している。彼らによれば、この洞察は、恒星のプロセスを再現するための将来の取り組みのためのより現実的な枠組みを提供するため、非常に重要です。

鉄より重い元素の多くは、いわゆる r-プロセス、ここで r 急速な中性子捕捉を指します。このプロセスは、2 つの中性子星が合体し、豊富な自由中性子が生成されるときに発生します。これらの中性子が豊富な環境では、原子核はベータ崩壊（原子核が高エネルギーの電子または陽電子を放出し、それによって中性子の 1 つが陽子に変換されるときに発生します）によって中性子を失うよりもはるかに早く中性子を捕捉します。

科学者たちは r-プロセスは、今日宇宙に存在するすべての重元素の約半分の源です。ただし、迅速な中性子捕捉を促進するために必要な正確な条件は完全には理解されていません。これは、中性子が豊富な同位体の生成に必要な非常に高密度の中性子束を実験室で生成することが非常に難しいためです。

次世代マルチペタワットレーザーシステム

良いニュースは、レーザー駆動（パルス）中性子源が必要なタイプの中性子ビームを生成できることです。によって開発されたアプローチでは、 ヴォイチェフ・ホルニー との同僚 ルリ、このようなレーザーは、まず超高強度の光パルスを固体のターゲットに向けます。これにより、ターゲット表面の汚染層からの水素イオンが光速のかなりの部分まで加速されるとホーニー氏は説明する。これらの水素イオンは、中性子変換器と中性子捕捉ターゲットの両方として機能する金でできた二次ターゲットに向けられます。

「低原子番号変換器（ベリリウム製など）で核融合反応の重陽子（重水素イオン）を加速して中性子を放出する従来の方法とは異なり、私たちのアプローチは新世代のマルチペタワットレーザーシステムを活用して、高原子番号物質のより効率的な破砕プロセスをトリガーします」とホーニー氏は語ります。 物理学の世界。 「ここでは、数百メガ電子ボルト（MeV）範囲のエネルギーに加速された陽子が重い原子核に衝突し、より多くの中性子が放出されます。」

中性子生成を強化する方法

Horný 氏は、この方法の目標について次のように述べています。 フィジカルレビューC、中性子の生成を大幅に強化することです。彼と彼の同僚は、数値シミュレーションを使用して、現在利用可能なレーザーが生成する中性子豊富な同位体（最初の種核より少なくとも 2 つ多い中性子を持つ同位体として定義される）の生成量は無視できると計算した。

しかし、それでも、中性子の速度を非常に低いエネルギー（固体水素の温度に相当する 20 ミリ電子ボルト）まで減速すれば、良好な同位体計数が可能です。このように速度が遅いと、中性子が捕捉される確率が高くなります。レーザーは、100 Hz の周波数で数時間パルス化する必要もあります。

これらはすべて難しい注文だが、ホーニーは諦めていない。 「現在の陽子源と中性子源では、近い将来の観測が不可能であるという厳粛な認識にもかかわらず、 rレーザー駆動の中性子源によるプロセスでは、私たちの研究は重要な基礎を築きました」と彼は言います。テクノロジーの進歩に期待できる理由もあります。例として、Horný 氏は現在進行中の問題を挙げています。 コロラド州立大学でのプロジェクト 米国では、研究者が 200 ジュール、100 フェムト秒、100 Hz のレーザーを XNUMX つ構築しています。このプロジェクトは「大きな前進を意味する」と彼は言う。

研究チームが説明した強力な中性子束は他の用途にも応用できる可能性があるとホーニー氏は付け加えた。これらには、高速中性子共鳴ラジオグラフィーを使用して材料の元素組成を再構築することが含まれます。速い中性子放射化。医学における高速中性子療法。

LULI チームは現在、提案したレーザー源の製造準備を進めており、 アポロンレーザーシステム。ホルニー氏は、 超軽量インフラストラクチャー - 核物理学 (ELI-NP) ルーマニアでは、研究科学者としての彼の仕事は、電子とイオンの加速の進歩と、レーザーとプラズマの相互作用から高エネルギー放射線を生成することに焦点を当てています。同氏によれば、新しい役割には、中性子を含むさまざまな二次粒子源の探索が含まれるという。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/could-lasers-synthesize-heavy-elements-produced-in-neutron-star-mergers/