Record protone-boro tasso di fusione raggiunti | FuseNet

Registra p-11B fusione raggiunti; un buon motivo per festeggiare con una barra di cioccolato

In questo viola target camera, è interessante notare che di nome Milka (e anche colorato come la mucca Milka, vedi foto), un gruppo di ricerca guidato da Christine Labaune presso l’Ecole Polytechnique di Palaiseau, Francia, fusibile di protoni e di boro-11 nuclei utilizzando un laser accelerato fascio di protoni ad alta intensità di impulso del laser.

Nell’edizione di ottobre-2013 di Nature Communications, hanno riportato un nuovo tasso di fusione record: si stima che 80 milioni di reazioni di fusione durante i nanosecondi 1.5 che il laser sparato, che è almeno 100 volte più di qualsiasi precedente esperimento protone-boro.

Camera sperimentale in cui si è verificata la fusione protone-boro (Clicca per ingrandire)

Nessun neutrone nocivo

Una delle grandi sfide nella ricerca sull’energia di fusione è quella di far fronte ai neutroni rilasciati dalle reazioni di deuterio-trizio (D-T) in un reattore a fusione. I neutroni possono rendere radioattivi i materiali ordinari e la loro energia è difficile da catturare. In alternativa, il team di ricerca dietro Milka si concentra sulle reazioni di fusione tra protoni e nuclei di boro-11, che hanno rilasciato particelle alfa (elio), ma nessun neutrone dannoso.

La nuova tecnologia laser messa in azione contro la sezione trasversale inferiore

Le reazioni di fusione protone-boro richiedono tuttavia temperature molto più elevate per accendersi rispetto alle reazioni D-T progettate per ITER e la National Ignition Facility e anche a queste temperature più elevate la sezione trasversale p-B è inferiore. I metodi delle strutture di ricerca D-T per riscaldare e schiacciare l’idrogeno nella speranza di creare un’ustione autosufficiente, purtroppo non possono essere applicati direttamente quando si utilizza carburante protone-boro.

Fortunatamente, l’avanzata e l’ascesa della tecnologia laser ad impulsi ad alta intensità consente di adottare un approccio diverso che crea stati estremi della materia in condizioni lontane dall’equilibrio termico. Ciò rilassa il requisito di equilibrio e ci consente di ampliare la gamma di isotopi che possono essere utilizzati come combustibili di fusione, ad esempio al protone-boro.

La configurazione a due laser

Il record è stato ottenuto utilizzando un sistema a due laser (vedi immagine sotto). Un laser (“Nano pulse” in basso nell’immagine qui sotto) crea un plasma di boro di breve durata, riscaldando gli atomi di boro da un campione di boro. L’altro laser (“Pico pulse” a sinistra nell’immagine qui sotto) viene utilizzato per accelerare i protoni da un bersaglio di alluminio che poi si infrangono nei nuclei di boro, si fondono e rilasciano nuclei di berillio ed elio.

Set-up sperimentale: la configurazione del raggio laser, la disposizione del bersaglio e la diagnostica.

La tempistica è stata cruciale nell’esperimento, poiché l’impulso di protoni – della durata di circa un picosecondo – deve essere sincronizzato con precisione con il laser nano-secondo per sbattere nel bersaglio del boro allo stesso tempo. Inoltre, il fascio di protoni deve essere preceduto da un fascio di elettroni, per spingere via gli elettroni nel plasma di boro per aumentare la possibilità dei protoni di scontrarsi con i nuclei di boro e avviare reazioni di fusione.

Non ancora un reattore, ma ancora una prova importante un principio

Lo schema della configurazione protone-boro non ci fornisce ancora un progetto per un progetto di reattore commerciale, ma è ancora un’importante prova di principio. Considerando la fase iniziale di sviluppo del nuovo metodo, il team di Labaune vede molte opportunità di miglioramento, in modo che un giorno la fusione aneutronica possa diventare lo standard.

Questo nuovo approccio sperimentale può anche fornire opportunità per studiare altri nuclei di luce, studiare le “prime reazioni dell’universo” di interesse astrofisico, esplorare la fusione aneutronica in plasmi densi e sviluppare nuove intuizioni in schemi di fusione a rapida iginizione.

  • Nature Communications: Reazioni di fusione avviate da fasci di particelle accelerati dal laser in un plasma prodotto dal laser
  • LifeScience: Fusione nucleare: l’esperimento del raggio laser produce risultati entusiasmanti
  • Science-News: La fusione nucleare protone-boro torna in primo piano
  • LULI2000-la struttura laser ad alta potenza che ospita i sistemi laser a nanosecondi na picosecondi utilizzati nel setup

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