• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Forskare undersöker förhållandena i stjärnans inre för att mäta kärnreaktioner

    För första gången, forskare har utfört termonukleära mätningar av kärnreaktionstvärsnitt under extrema förhållanden som de i stjärnas inre. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory

    De flesta av de kärnreaktioner som driver nukleosyntesen av grundämnena i vårt universum sker under mycket extrema stellarplasmaförhållanden. Denna intensiva miljö som finns i stjärnornas djupa inre har gjort det nästan omöjligt för forskare att utföra kärnkraftsmätningar under dessa förhållanden - fram till nu.

    I ett unikt tvärvetenskapligt samarbete mellan områdena plasmafysik, kärnastrofysik och laserfusion, ett team av forskare inklusive forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Ohio University, Massachusetts Institute of Technology (MIT) och Los Alamos National Laboratory (LANL), beskriva experiment utförda under förhållanden som de i stjärninteriörer. Teamets resultat publicerades idag av Naturfysik .

    Experimenten är de första termonukleära mätningarna av kärnreaktionstvärsnitt - en kvantitet som beskriver sannolikheten att reaktanter kommer att genomgå en fusionsreaktion - i plasmaförhållanden med hög energidensitet som är likvärdiga med jättestjärnornas brinnande kärnor, dvs 10-40 gånger mer massiv än solen. Dessa extrema plasmaförhållanden har väte-isotopdensiteter komprimerade med en faktor tusen till nära den för fast bly och temperaturer uppvärmda till ~50 miljoner Kelvin. Detta är också förhållandena i stjärnor som leder till supernovor, de mest massiva explosionerna i universum.

    "Vanligtvis, dessa typer av nukleära astrofysiska experiment utförs på acceleratorexperiment i laboratoriet, som blir särskilt utmanande vid de låga energier som ofta är relevanta för nukleosyntes, " sa LLNL fysiker Dan Casey, huvudförfattaren på tidningen. "Eftersom reaktionstvärsnitten faller snabbt med minskande reaktantenergi, bundna elektronscreeningskorrigeringar blir signifikanta, och jordiska och kosmiska bakgrundskällor blir en stor experimentell utmaning."

    Trots häpnadsväckande skillnader i massa och skala - solen (vänster) är ungefär 10^38 gånger mer massiv och 10^13 gånger större - används NIF-implosioner (höger) för att återskapa de förhållanden som finns i stjärnornas djupa inre så att de kan förstås bättre. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory

    Arbetet utfördes vid LLNL:s National Ignition Facility (NIF), det enda experimentella verktyget i världen som kan skapa temperaturer och tryck som de som finns i kärnorna av stjärnor och jätteplaneter. Genom att använda den indirekta drivmetoden, NIF användes för att driva en gasfylld kapselimplosion, värma kapslar till extraordinära temperaturer och komprimera dem till höga densiteter där fusionsreaktioner kan inträffa.

    "En av de viktigaste resultaten är att vi återskapade tidigare mätningar gjorda på acceleratorer under radikalt olika förhållanden, "Det här etablerar verkligen ett nytt verktyg inom kärnastrofysikområdet för att studera olika processer och reaktioner som kan vara svåra att komma åt på något annat sätt."

    "Kanske viktigast av allt, detta arbete lägger grunden för potentiella experimentella tester av fenomen som bara kan hittas i de extrema plasmaförhållandena i stjärnornas interiörer. Ett exempel är plasmaelektronscreening, en process som är viktig i nukleosyntesen men som inte har observerats experimentellt, " lade Casey till.

    Nu när teamet har etablerat en teknik för att utföra dessa mätningar, relaterade team som leds av Maria Gatu Johnson vid MIT letar efter att utforska andra kärnreaktioner och sätt att försöka mäta effekten av plasmaelektroner på kärnreaktionerna.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com