Vi studerar exploderande stjärnor i vår strävan att göra tillförlitlig fusionsenergi till verklighet, men chansen är stor att vi har tänkt på supernovor fel.

Ny forskning som leds av University of Michigan visar att värme spelar en viktig roll i hur material blandas under fusionsreaktioner - en faktor som har, till denna punkt, lämnats utanför diskussionen. Det är ett fynd som ska hjälpa till att fokusera framtida studier av hur supernovor fungerar och vad vi kan lära av dem.

Kraft från fusion, renare och effektivare energi än vad vi för närvarande får från klyvning, är målet. Kärnfusionsreaktioner pågår ständigt i stjärnornas kärnor, vilket gör dem till ett naturligt forskningsämne för forskare som försöker återskapa dem för energiproduktion på jorden.

Det är omöjligt att få en titt inuti de avlägsna stjärnorna, så forskare tittar på de näst bästa sakerna:supernovor och småskaliga fusionsreaktioner som skapats i labbet. Och en nyckelkomponent i fusionsreaktioner som de studerar är blandning av Rayleigh-Taylor, som inträffar under båda.

När en supernova inträffar, det slänger materia utåt, blanda olika plasma med olika element som inkluderar järn, kolhelium och väte. Rayleigh-Taylor instabilitet, dynamiken för att blanda vätskeformiga gaser eller plasma med olika densiteter, leder till skapandet av supernovarester.

UM-forskare tror att våra metoder för modellering av blandningen som sker i supernovor historiskt sett har varit ofullständiga. Energiflöden som orsakar uppvärmning har en betydande inverkan på den blandning som sker. Men värme är inte ett övervägande vid astrofysisk modellering av Rayleigh-Taylor.

"Rayleigh-Taylor har studerats i över 100 år, "sa Carolyn Kuranz, chef för U-M's Center for Laser Experimental Astrophysical Research och en associerad forskare inom klimat- och rymdvetenskap och teknik. "Men effekterna av dessa högenergiflöden, dessa mekanismer som orsakar uppvärmning, har aldrig studerats. "

Forskarna fann att ökade energiflöden och deras resulterande uppvärmning minskar mängden blandning som sker-vilket minskar Rayleigh-Taylor-instabiliteten. Förutom Kuranz, det vetenskapliga teamet inkluderar fysikerna Hye-Sook Park och Channing Huntington från Lawrence Livermore Laboratory.

"Dessa uppvärmningsmekanismer minskar blandningen och kan ha en dramatisk effekt på utvecklingen av en supernova, "Sa Kuranz." I vårt experiment, vi fann att blandningen minskade med 30 procent och att minskningen kunde fortsätta att öka med tiden. "

För att observera effekten av värme under fusion, forskare vände sig till världens största laser i Livermore, Calif. Öppnade 2009, National Ignition Facility använder värme och lasrar för att skapa en fusionsreaktion - vilket skapar förhållanden som liknar dem som ses i en supernovarest.

"Rayleigh-Taylor teoretiseras för att förekomma i alla supernovor av typ II och det finns bevis för att dessa stjärnor vänder sig" inifrån och ut "när de exploderar, "Sade Kuranz." Dessa experiment hjälper oss att lära oss vad som händer inuti. "

Tändningsanläggningen tillät forskare att ta in värmeeffekten för första gången.

Observationer från dessa kontrollerade kärnfusionsreaktioner har stora tillämpningar för kärnteknik. Särskilt, de erbjuder en färdplan för att maximera energiproduktionens effektivitet.

"Just nu, alla våra kärnkraftverk är klyvningsanläggningar, "Kuranz sa." Men fusion tenderar att vara mer effektivt och ge mindre kärnavfall. Istället för att använda plutonium eller uran, som med klyvning, fusion kan genereras med hjälp av lättare element som väteisotoper. Så vi har en nästan obegränsad bränslekälla på jorden. "

En studie om forskningen, "Hur höga energiflöden kan påverka Rayleigh-Taylors instabilitetstillväxt hos unga supernovarester, "publiceras i Naturkommunikation . Forskningen finansierades av Department of Energy.