Репортаж от Wedoany，Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе (UC Davis) и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) обнаружили, что окружающие материалы могут значительно повысить частоту термоядерного синтеза в условиях низкой энергии. Это открытие породило новую область исследований, названную «материало-управляемый термоядерный синтез».
В пресс-релизе команда заявила, что исследователи, возможно, больше не будут просто проектировать материалы, способные выдерживать суровые условия термоядерного синтеза, а смогут создавать материалы, способствующие реакциям в определенных условиях, подобно тому, как катализаторы ускоряют химические процессы.
Чтобы проверить, как материал-хозяин влияет на термоядерный синтез, команда заключила дейтерий (тяжелый изотоп водорода) в тонкие металлические фольги из титана и палладия. Они использовали две различные технологии для загрузки дейтерия в металл, а затем направили пучок ионов дейтерия непосредственно на загруженную фольгу в диапазоне энергий, измеряя частоту термоядерных реакций и сравнивая ее с реакциями в открытом пространстве без окружающего металла.
Стандартная физическая теория предсказывает, что при энергии столкновения ниже 2,5 килоэлектронвольт (кэВ) скорость термоядерного синтеза резко падает. Однако измерения команды показали неожиданный результат: при более низких энергиях скорость синтеза стабилизировалась, образуя плато. В некоторых металлических образцах частота термоядерных реакций была примерно в сто миллиардов миллиардов раз (то есть единица с 18 нулями) выше, чем в реакциях без материала-хозяина.
Такое значительное увеличение скорости реакции объясняется субатомной структурой металла-хозяина. Электроны внутри металла, а также микроскопические дефекты в структуре фольги действуют как экранирующий слой, окружающий положительно заряженные ядра дейтерия. Исследователи объясняют, что электроны и дефекты в материале могут частично экранировать электростатическое отталкивание между ядрами дейтерия, облегчая их сближение и осуществление термоядерного синтеза.
Регулируя внутреннюю структуру материала, поведение электронов и общий состав, исследователи могут влиять на легкость протекания этих ядерных реакций. Помимо выработки электроэнергии, контроль низкоэнергетического термоядерного синтеза также приводит к образованию субатомных частиц, называемых нейтронами. Руководитель группы термоядерной науки и ионно-лучевых технологий отдела ускорительных технологий и прикладной физики (ATAP) Берклийской лаборатории Арун Персо (Arun Persaud) резюмировал, что лучшее понимание этого эффекта создаст условия для разработки новых материалов, способных влиять на скорость термоядерного синтеза в определенных условиях. Будущие достижения, возможно, приведут к созданию более компактных и эффективных генераторов нейтронов, которые найдут широкое применение в сканировании грузов, планетарной науке, медицинской терапии и визуализации.
Работа команды заложила надежный и воспроизводимый метод тестирования того, как твердые металлы влияют на ядерные взаимодействия, установив новые связи между термоядерной наукой, материаловедением и химией. Это открытие перекликается с текущей работой Национальной лаборатории Эймса (Ames National Laboratory), направленной на лучшее понимание того, как материалы обрабатываются в ядерных операциях. Там ученые расширяют возможности инструмента искусственного интеллекта под названием DuctGPT, чтобы улучшить прогнозирование поведения материалов в активных термоядерных энергетических системах. Эксплуатация термоядерной системы подвергает окружающие компоненты суровым условиям, включая высокие температуры, радиацию и механические нагрузки. Добавляя новые данные и модели в DuctGPT, исследователи смогут лучше прогнозировать, как различные материалы будут вести себя с течением времени в этих экстремальных условиях.
