Ядреният синтез захранва Слънцето и ако бъде овладян, той би могъл да се превърне в потенциален източник на енергия тук, на Земята. Но контролирането на термоядрените реакции има и други предимства. Процесът генерира и субатомни частици, наречени неутрони, които намират приложение в редица области, обхващащи медицината, научните изследвания и националната сигурност. Сега учени от Калифорнийския университет и Националната лаборатория „Лорънс Бъркли“ са открили, че материалите обграждащи термоядрената реакция могат драстично да увеличат честотата, с която се осъществява ядреният синтез, особено при ниски енергии, където термоядрената реакция е рядко явление.
Изследването отваря изцяло нова област на научните изследвания, наречена „синтез, задвижван от материали“.„Вместо да проектират материали, които просто да издържат на суровите условия на синтеза, изследователите биха могли да създадат материали, които ускоряват реакцията при определени условия, подобно на начина, по който катализаторите ускоряват химичните процеси.“
, заяви екипът в прессъобщениеЗа да тестват как материалите-носители влияят върху термоядрения синтез, екипът напълни тънки метални фолиа от титан и паладий с деутерий – тежка форма на водорода. Те използваха две различни техники за вкарване на деутерия в металите. След това насочиха лъч от деутериеви йони директно към напълнените фолиа при различни енергийни нива и измериха колко често се случва термоядрения синтез в сравнение с реакциите в открито пространство без никакъв околен метал.
Стандартната физична теория предсказва, че скоростта на термоядрената реакция спада рязко, когато енергията на сблъсъка падне под 2,5 килоелектронволта (keV). Измерванията на екипа обаче показаха неочакван резултат: при тези по-ниски енергии скоростта на термоядрената реакция вместо това се стабилизира на едно ниво. В някои метални проби термоядрената реакция се случваше около квинтилион пъти – 1, последвано от 18 нули – по-често, отколкото при реакции без материал-гостоприемник.
Този значителен скок в скоростта на реакциите се дължи на субатомната структура на металите-гостоприемници. Електроните вътре в метала, заедно с миниатюрните дефекти в структурата на фолиото, действат като щит около положително заредените ядра на деутерия.
„Електроните и дефектите в материала може би частично екранират отблъскващите електростатични сили между ядрата на деутерия, което улеснява сближаването им и сливането.“
обясниха изследователитеЧрез промяна на вътрешната структура на материала, поведението на електроните и цялостния състав, изследователите могат да повлияят на това колко лесно протичат тези ядрени реакции. Освен генерирането на енергия, контролирането на нискоенергийния термоядрен синтез води до образуването на субатомни частици, наречени неутрони.
„Ако разберем по-добре този ефект, това ще отвори пътя към разработването на нови материали, които биха повлияли на скоростта на термоядрената реакция при определени условия. Някой ден бъдещият напредък може да позволи създаването на по-компактни и ефективни генератори на неутрони, които имат най-разнообразни приложения, като проверка на товари, планетна наука, както и медицинска терапия и образна диагностика.“
заключи Арун Персауд, ръководител на групата по наука за термоядрената реакция и технология на йонните лъчи в отдела за ускорителна технология и приложна физика на Лабораторията в Бъркли Работата на екипа установява надежден и възпроизводим начин за тестване на това как твърдите метали влияят върху ядрените взаимодействия, създавайки нова връзка между термоядрената наука, науката за материалите и химията.Това откритие е свързано с работата, провеждана в Националната лаборатория „Еймс“, насочена към по-доброто разбиране на поведението на материалите при ядрени процеси. Учените там в момента разширяват AI инструмента, наречен DuctGPT с цел подобряване на прогнозите за поведението на материалите в действащи системи за термоядрена енергия. Работата на термоядрена система подлага околните части на тежки експлоатационни условия, включително интензивна топлина, радиация и механично напрежение. Чрез добавянето на нови данни и модели към DuctGPT изследователите могат по-добре да предскажат как различните материали ще издържат на тези екстремни сили с течение на времето.