중성자별 합병으로 생성된 무거운 원소를 레이저로 합성할 수 있을까요? – 물리학 세계

철보다 무거운 원소를 생성하는 천체물리학 과정은 이전에 생각했던 것보다 실험실에서 재현하기가 훨씬 더 어려울 수 있지만 불가능하지는 않습니다. 이는 프랑스의 LULI(Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses) 연구원들이 내린 결론입니다. 그들은 중성자별 합병 중에 일반적으로 나타나는 재생 조건을 위해서는 양성자와 중성자 소스 모두에 대한 주요 개선이 필요하다고 보고했습니다. 이러한 통찰력은 별의 과정을 복제하려는 향후 노력에 보다 현실적인 프레임워크를 제공하기 때문에 매우 중요하다고 그들은 말합니다.

철보다 무거운 많은 원소들이 소위 말하는 현상을 통해 형성됩니다. r-프로세스, 여기서 r 빠른 중성자 포획을 의미합니다. 이 과정은 두 개의 중성자별이 합쳐져 풍부한 자유 중성자를 생성할 때 발생합니다. 이러한 중성자가 풍부한 환경에서 원자핵은 베타 붕괴(핵이 강력한 전자 또는 양전자를 방출하여 중성자 중 하나를 양성자로 변환할 때 발생함)를 통해 중성자를 잃을 수 있는 것보다 훨씬 더 빨리 중성자를 포착합니다.

과학자들은 r-과정은 오늘날 우주에서 발견되는 모든 중원소의 약 절반의 원천입니다. 그러나 신속한 중성자 포획을 촉진하는 데 필요한 정확한 조건은 완전히 이해되지 않았습니다. 이는 실험실에서 중성자가 풍부한 동위원소를 생성하는 데 필요한 매우 높은 밀도의 중성자 플럭스를 생성하는 것이 극히 어렵기 때문입니다.

차세대 멀티 페타와트 레이저 시스템

좋은 소식은 레이저 구동(펄스) 중성자 소스가 필요한 유형의 중성자 빔을 생성할 수 있다는 것입니다. 의해 개발된 접근 방식에서는 보이테크 호니 그리고 동료들 루리, 그러한 레이저는 먼저 고체 표적에 초강력 광 펄스를 지시합니다. 이로 인해 표적 표면의 오염 물질 층에서 수소 이온이 빛 속도의 상당 부분까지 가속될 수 있다고 Horný는 설명합니다. 그런 다음 이러한 수소 이온은 중성자 변환기 및 중성자 포획 표적 역할을 하는 금으로 만들어진 2차 표적으로 향하게 됩니다.

“저원자수 변환기(예: 베릴륨으로 만든 변환기)에서 핵융합 반응을 위한 중수소 이온을 가속하여 중성자를 방출하는 기존 방법과 달리, 우리의 접근 방식은 차세대 멀티 페타와트 레이저 시스템을 활용하여 원자번호가 높은 물질에서 보다 효율적인 파쇄 과정을 촉발합니다.”라고 Horný는 말합니다. 물리 세계. "여기서 수백 메가전자볼트(MeV) 범위의 에너지로 가속된 양성자는 무거운 핵과 충돌하여 더 많은 수의 중성자를 방출합니다."

중성자 생산을 향상시키는 방법

Horný는 이 방법의 목표가 다음과 같이 설명되어 있다고 말합니다. 물리적 검토 C, 중성자 생산을 크게 향상시키는 것입니다. 그와 그의 동료들은 수치 시뮬레이션을 사용하여 현재 사용 가능한 레이저가 무시할 수 있는 수의 중성자가 풍부한 동위원소(초기 핵보다 중성자가 두 개 이상 많은 동위원소로 정의됨)를 생성할 것이라고 계산했습니다.

그러나 중성자가 매우 낮은 에너지(고체 수소의 온도에 해당하는 20밀리전자볼트)로 느려지면 좋은 동위원소 수를 계산할 수 있습니다. 이러한 느린 속도는 중성자가 포획될 확률을 높일 것입니다. 또한 레이저는 몇 시간 동안 100Hz의 주파수로 펄스되어야 합니다.

모두 어려운 일이지만 Horný는 포기하지 않습니다. “현재의 양성자와 중성자 공급원으로는 단기간 관측이 불가능하다는 냉철한 깨달음에도 불구하고 r-레이저 구동 중성자 소스를 통한 프로세스를 통해 우리의 작업은 중요한 토대를 마련했습니다.”라고 그는 말합니다. 기술 발전에 대해 희망을 품는 이유도 있다. 예를 들어 Horný는 현재 진행 중인 콜로라도 주립대학교의 프로젝트 미국에서는 연구원들이 두 개의 200줄, 100펨토초, 100Hz 레이저를 제작하고 있습니다. 그는 이 프로젝트가 "중요한 진전을 의미한다"고 말했습니다.

연구팀이 설명한 중성자의 강렬한 흐름은 다른 용도로 사용될 수 있다고 Horný는 덧붙였습니다. 여기에는 고속 중성자 공명 방사선 촬영을 사용하여 물질의 원소 구성을 재구성하는 작업이 포함됩니다. 빠른 중성자 활성화; 의학에서의 고속 중성자 치료.

LULI 팀은 현재 제안된 레이저 소스를 제작할 준비를 하고 있으며, 이를 통해 기록적인 중성자 매개변수를 달성할 수 있기를 바랍니다. 아폴론 레이저 시스템. Horný는 다음으로 이사했습니다. 극경량 기반시설-핵물리학(ELI-NP) 루마니아에서는 연구 과학자로서 전자 및 이온 가속을 발전시키고 레이저-플라즈마 상호 작용을 통해 고에너지 방사선을 생성하는 데 중점을 둘 예정입니다. 그는 새로운 역할에는 중성자를 포함한 2차 입자의 다양한 소스를 탐색하는 것이 포함된다고 말했습니다.

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