激光可以合成中子星合并中产生的重元素吗？ – 物理世界

在实验室中复制产生比铁更重的元素的天体物理过程可能比以前认为的更具挑战性，但并非不可能。这是法国激光强度利用实验室 (LULI) 的研究人员得出的结论，他们报告说，再现中子星合并过程中常见的条件将需要对质子源和中子源进行重大改进。他们说，这种见解至关重要，因为它为未来复制恒星过程的努力提供了一个更现实的框架。

许多比铁重的元素通过所谓的 r- 过程，其中 r 指快速中子俘获。当两颗中子星合并时，就会发生这个过程，产生大量的自由中子。在这些富含中子的环境中，原子核捕获中子的速度比通过β衰变失去中子的速度要快得多（β衰变发生在原子核发射高能电子或正电子时，从而将其中一个中子转化为质子）。

科学家认为 r-过程是当今宇宙中发现的所有重元素中大约一半的来源。然而，促进快速中子捕获所需的确切条件尚不完全清楚。这是因为在实验室中产生制造富中子同位素所需的极高密度中子通量极其困难。

下一代数拍瓦激光系统

好消息是激光驱动（脉冲）中子源可以产生所需类型的中子束。在开发的方法中 沃伊捷赫·霍尼 和同事 鲁力，这样的激光器首先将超强光脉冲引导至固体目标。霍尼解释说，这将导致目标表面污染物层中的氢离子加速到光速的很大一部分。然后，这些氢离子将被引导至由金制成的辅助靶，该辅助靶将充当中子转换器和中子捕获靶。

“与在低原子序数转换器（例如由铍制成的转换器）中加速氘核[重氢离子]进行聚变反应以释放中子的传统方法不同，我们的方法利用新一代多拍瓦激光系统来在高原子序数材料中触发更有效的散裂过程。”Horný 说道 物理世界。 “在这里，质子加速到数百兆电子伏特（MeV）范围的能量撞击重核，释放出更多数量的中子。”

提高中子产量的方法

Horný 说这种方法的目标，描述于 物理评论 C，是为了显着提高中子产量。通过数值模拟，他和他的同事计算出，目前可用的激光器将产生数量可忽略不计的富中子同位素（定义为比初始种子核至少多两个中子的同位素）。

然而，如果中子被减慢至非常低的能量（20毫电子伏，对应于固体氢的温度），那么良好的同位素计数仍然是可能的。如此慢的速度会增加中子被捕获的可能性。激光还需要以 100 Hz 的频率脉冲几个小时。

这些都是艰巨的任务，但霍尼并没有放弃。 “尽管令人清醒地认识到，当前的质子和中子源排除了近期对 r-通过激光驱动中子源进行处理，我们的工作奠定了重要的基础，”他说。我们也有理由对技术进步充满希望。作为一个例子，霍尼引用了一个正在进行的 科罗拉多州立大学项目 在美国，研究人员正在建造两个 200 焦耳、100 飞秒、100 Hz 激光器。他说，这个项目“代表着向前迈出的重要一步”。

霍尼补充道，该团队所描述的中子的强烈通量可能还有其他应用。其中包括使用快速中子共振射线照相重建材料的元素成分；快速中子激活；以及医学上的快中子疗法。

LULI团队现在正准备制造他们提出的激光源，希望利用该技术实现破纪录的中子参数 阿波罗激光系统。就霍尼而言，他已经搬到了 极光基础设施-核物理（ELI-NP） 在罗马尼亚，他作为一名研究科学家的工作重点是推进电子和离子加速，以及通过激光-等离子体相互作用产生高能辐射。他说，新的角色涉及探索次级粒子的各种来源，包括中子。

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