Kernfusionsreaktionen mit niedriger Energie können möglicherweise saubere Energie liefern. In Sternen sind Fusionsreaktionen mit niedriger Energie während der Phasen der Kohlenstoff- und Sauerstoffverbrennung entscheidend für die Sternentwicklung. Diese Reaktionen bieten auch wertvolle Einblicke in die exotischen Prozesse, die in der inneren Kruste von Neutronensternen stattfinden, wenn diese Materie ansammeln.
Die zugrunde liegende Dynamik dieser Reaktionen ist jedoch noch nicht vollständig verstanden. Der Schlüssel zum Verständnis des Fusionsprozesses liegt darin, zu verstehen, wie sich Nukleonen zwischen den beiden verschmelzenden Kernen bewegen. Wenn sich die Kerne nahe genug kommen, damit die Kernkräfte wirksam werden, können Neutronen und Protonen von einem Kern zum anderen wandern. Diese Bewegung erleichtert möglicherweise den Fusionsprozess.
Eine aktuelle Studie untersuchte den Einfluss der Isospin-Zusammensetzung auf Fusionsprozesse bei niedrigen Energien. Dies ist eine wichtige Kerneigenschaft, die Protonen von Neutronen unterscheidet. Die Forscher verwendeten Computertechniken und theoretische Modellierung, um die Fusion verschiedener Kerne mit unterschiedlichen Isospin-Konfigurationen zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Isospin-Zusammensetzung der Kerne in einer Fusionsreaktion eine entscheidende Rolle für das Verständnis der Reaktion spielt. Der Artikel ist veröffentlicht im Journal Körperliche Überprüfung C.
In dieser Studie verwendeten Forscher der Fisk University und der Vanderbilt University leistungsstarke Computer- und theoretische Modellierungstechniken, um eine detaillierte Vielteilchenmethode-Studie darüber durchzuführen, wie die Dynamik des Isospins die Kernfusion bei niedrigen Energien über eine Reihe von Isotopen hinweg beeinflusst. Die Studie untersuchte auch, wie die Form der beteiligten Kerne diese Dynamik beeinflusst. In Systemen, in denen die Kerne nicht symmetrisch sind, wird die Dynamik des Isospins besonders wichtig, was oft zu einer niedrigeren Fusionsbarriere führt, insbesondere in Systemen, die reich an Neutronen sind. Dieses Phänomen kann mit Einrichtungen untersucht werden, die auf die Erzeugung von Strahlen aus exotischen, instabilen Kernen spezialisiert sind.
Die Erkenntnisse liefern wichtige Erkenntnisse zu den grundlegenden nuklearen Prozessen, die diese Reaktionen steuern, und haben weitreichende Auswirkungen auf Bereiche wie Kernphysik, Astrophysik und vielleicht eines Tages auch auf die auf Fusion basierende Energie.
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Richard Gumbel et al, Rolle der Isospinzusammensetzung bei der niederenergetischen Kernfusion, Körperliche Überprüfung C (2023). DOI: 10.1103/PhysRevC.108.L051602