Målkammaren (framsidan) och ultrahög intensitetslaser (bak) som används i fusionsexperimentet i mikroskala vid Colorado State University. Upphovsman:Advanced Beam Laboratory/Colorado State University
Kärnfusion, processen som driver vår sol, händer när kärnreaktioner mellan lätta element producerar tyngre. Det händer också - i mindre skala - i ett laboratorium vid Colorado State University.
Med hjälp av en kompakt men kraftfull laser för att värma matriser av beställda nanotrådar, CSU-forskare och samarbetspartners har visat mikroskala kärnfusion i labbet. De har uppnått rekordhög effektivitet för generering av neutroner-laddningslösa subatomära partiklar som härrör från fusionsprocessen. Deras arbete beskrivs i ett papper publicerat i Naturkommunikation , och leds av Jorge Rocca, Universitetspreget professor i el- och datorteknik och fysik. Tidningens första författare är Alden Curtis, en CSU -doktorand.
Laserdrivna kontrollerade fusionsexperiment görs vanligtvis på lasrar med flera hundra miljoner dollar inrymda i byggnader i stadionstorlek. Sådana experiment är vanligtvis inriktade på att utnyttja fusion för ren energi applikationer.
I kontrast, Roccas team av studenter, forskare och samarbetspartners, arbeta med en extremt snabb, högeffektiva bordslaser som de byggde från grunden. De använder sin fasta, pulserande laser för att bestråla ett mål för osynliga ledningar och direkt skapa extremt heta, täta plasma - med förhållanden som närmar sig dem i solen. Dessa plasma driver fusionsreaktioner, avger helium och blinkar av energiska neutroner.
Överst till vänster:En avsökande elektronmikroskopbild av inriktade deutererade polyetylen -nanotrådar. De andra panelerna är 3D-simuleringar av nanotrådarna som snabbt exploderar efter bestrålning med en ultraintensiv laserpuls. Upphovsman:Advanced Beam Laboratory/Colorado State University
I deras Naturkommunikation experimentera, laget producerade rekordmånga neutroner per enhet laserenergi - cirka 500 gånger bättre än experiment som använder konventionella plana mål från samma material. Deras lasers mål var en rad nanotrådar gjorda av ett material som kallas deutererad polyeten. Materialet liknar den mycket använda polyetenplasten, men dess vanliga väteatomer ersätts av deuterium, en tyngre sorts väteatom.
Insatserna stöddes av intensiva datasimuleringar som genomfördes vid universitetet i Düsseldorf (Tyskland), och på CSU.
Gör fusionsneutroner effektivt, i liten skala, kan leda till framsteg inom neutronbaserad bildbehandling, och neutronsonder för att få insikt i materialets struktur och egenskaper. Resultaten bidrar också till att förstå interaktioner mellan ultraintensivt laserljus och materia.
