שבירת מחסומים בהיתוך גרעיני: כיצד נדידת ניוטרונים יכולה לשנות הכל

חוקרים מרחיבים את התיאורים המכאניים הקוונטיים של תגובות היתוך גרעיני.

תגובות היתוך גרעיני באנרגיה נמוכה מושפעות מהגירה של נויטרונים ופרוטונים בין גרעיני התמזגות והרכבי האיזוספין שלהם. מחקר שנערך באמצעות מודלים חישוביים בעלי ביצועים גבוהים הראה את החשיבות של דינמיקה של איזוספין וצורות גרעיניות, במיוחד במערכות א-סימטריות, עשירות בניוטרונים, וחושף השלכות משמעותיות על הפיזיקה הגרעינית ויישומי אנרגיה פוטנציאליים.

היתוך גרעיני באנרגיה נמוכה

תגובות היתוך גרעיני בעלות אנרגיה נמוכה יכולות לספק אנרגיה נקייה. בכוכבים, תגובות היתוך באנרגיה נמוכה בשלבי שריפת הפחמן והחמצן הן קריטיות לאבולוציה של הכוכבים. תגובות אלה מציעות גם תובנות חשובות לגבי התהליכים האקזוטיים המתרחשים בקרום הפנימי של כוכבי נויטרונים בזמן שהם צוברים חומר. עם זאת, מדענים אינם מבינים לחלוטין את הדינמיקה הבסיסית השולטת בתגובות אלו.

המפתח לפתיחת תהליך ההיתוך הוא להבין כיצד נוקלונים נעים בין שני הגרעינים המתמזגים. כשהגרעינים מתקרבים מספיק כדי שהכוחות הגרעיניים יהיו יעילים, נויטרונים ופרוטונים יכולים לנדוד מגרעין אחד למשנהו. תנועה זו עשויה להקל על תהליך ההיתוך.

תפקידו של איזוספין בתהליכי היתוך

מחקר זה חקר את ההשפעה על תהליכי היתוך באנרגיה נמוכה של הרכב איזוספין. זוהי תכונה גרעינית מרכזית המבדילה בין פרוטונים לנייטרונים. החוקרים השתמשו בטכניקות חישוביות ובמודלים תיאורטיים כדי לחקור את ההיתוך של גרעינים שונים עם תצורות איזוספין משתנות. התוצאות מראות שהרכב האיזוספין של הגרעינים בתגובת היתוך ממלא תפקיד מכריע בהבנת התגובה.

הממצאים מספקים תובנות לגבי התהליכים השולטים בתגובות היתוך באנרגיה נמוכה. זה יכול לשפר את המחקר המדעי על תהליכים אסטרופיזיקליים כמו נוקלאוסינתזה, שהיא קריטית להבנתנו את היקום בכללותו.

חקירת איזוטופים וצורות גרעיניות

במחקר זה, חוקרים מאוניברסיטת פיסק ואוניברסיטת ונדרבילט השתמשו בטכניקות מודלים חישוביים ותיאורטיים בעלות ביצועים גבוהים כדי לבצע מחקר מפורט של שיטות רבות של גופים של האופן שבו הדינמיקה של איזוספין משפיעה על היתוך גרעיני באנרגיות נמוכות על פני סדרה של איזוטופים.

המחקר בדק גם כיצד צורת הגרעינים המעורבים משפיעה על הדינמיקה הזו. במערכות שבהן הגרעינים אינם סימטריים, הדינמיקה של איזוספין הופכת חשובה במיוחד, מה שמוביל לעתים קרובות למחסום היתוך נמוך יותר, במיוחד במערכות עשירות בניוטרונים. ניתן לחקור תופעה זו באמצעות מתקנים המתמחים ביצירת אלומות המורכבות מגרעינים אקזוטיים ובלתי יציבים.

השלכות על פיזיקה ואנרגיה גרעינית

הממצאים מספקים ידע קריטי לגבי התהליכים הגרעיניים הבסיסיים השולטים בתגובות אלה, שיש להם השלכות רחבות על תחומים כמו פיזיקה גרעינית, אסטרופיזיקה, ואולי מתישהו, אנרגיה מבוססת היתוך.

מחקר זה נתמך על ידי משרד המדע של משרד האנרגיה, משרד הפיזיקה הגרעינית.