Anonim

Nanowire-zapping lasere låser op for mikroskala-kernekraftfusionens effektivitetsoptegnelse

Fysik

Michael Irving

15. marts 2018

2 billeder

Målkammeret kan ses på forsiden af ​​dette billede af laboratoriet på CSU, mens den kraftige laser lurer i baggrunden (Kredit: Advanced Beam Laboratory)

Forskere ved Colorado State University (CSU) har brudt effektivitetsrekordet for atomfusion på mikroskalaen. Ved hjælp af en ultra hurtig, højdrevet tabletoplaser var holdets resultater ca. 500 gange mere effektive end tidligere eksperimenter. Nøglen til den succes er målmaterialet: i stedet for et fladt stykke polymer sprøjtede forskerne arrays af nanodråber for at skabe utroligt varme, tætte plasmaer.

Vi har nuklear fusion til at takke for vores eksistens - uden det ville solen ikke være fyret i første omgang. Inden for denne inferno knuses hydrogenatomer og gennem en serie af kædereaktioner udgør til sidst helium. I processen frigives enorme mængder energi. Teoretisk set, hvis vi kan udnytte dette fænomen, kunne vi producere en i det væsentlige ubegrænset forsyning af ren energi, og selvom gennembrud er sket i de senere år, forbliver kernekraftfusionsenergi forbløffende uden for rækkevidde.

Men processen kunne også have andre applikationer, som kunne låses op ved at få det til at arbejde i mindre skala. I stedet for de enorme laseropsætninger, som andre forskere brugte til at genskabe forholdene i centrum af stjernerne, brugte CSU-teamet en relativt kompakt laser, som kunne passe på en bordplade for at stråle ultra-hurtige pulser af lys på målet.

I andre eksperimenter er dette mål normalt et fladt stykke materiale, men i dette tilfælde brugte forskerne arrays af nanotråde fremstillet af deutereret polyethylen. Laserblastene ødelægger nanotråden i løbet af femtosekunder (quadrillionths of a second), hvilket skaber ultrahøjdensitetsplasmaer, der igen giver helium og en stor mængde neutroner.

Forskerne rapporterer, at deres eksperiment producerede op til 2 millioner fusionsnutroner per joule af laser energi. Det er ca. 500 gange mere end andre eksperimenter, der produceres ved hjælp af flade mål og sætter et nyt rekordudbytte for lasere af denne intensitet.

Sammen med at forbedre vores forståelse af de mystiske interaktioner mellem lys og materiale, kunne mere effektiv fusion neutron produktion bidrage til at fremme neutron billeddannelse teknikker. Disse neutrale subatomære partikler viser sig nyttige til peering indenfor genstande på samme måde som røntgenstråler, men de forårsager ingen skade på målet og kan trænge ind i metaller og andre materialer, som røntgenstråler ikke kan.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications .

Kilde: Colorado State University

Det øverste venstre billede er et scanningselektronmikroskopfoto af deutererede polyethylen nanotråder; de andre tre billeder er computersimuleringer af de nanodråber, der eksploderer efter at være ramt af laserblastene (Kredit: Advanced Beam Laboratory)

Målkammeret kan ses på forsiden af ​​dette billede af laboratoriet på CSU, mens den kraftige laser lurer i baggrunden (Kredit: Advanced Beam Laboratory)

Anbefalet Redaktørens Valg