La chambre cible (à l'avant) et le laser à ultra-haute intensité (à l'arrière) utilisés dans l'expérience de fusion à micro-échelle à la Colorado State University. Crédit :Advanced Beam Laboratory/Université d'État du Colorado
La fusion nucléaire, le processus qui alimente notre soleil, se produit lorsque des réactions nucléaires entre des éléments légers en produisent des plus lourds. Cela se produit également, à plus petite échelle, dans un laboratoire de l'Université de l'État du Colorado.
En utilisant un laser compact mais puissant pour chauffer des réseaux de nanofils ordonnés, Des scientifiques et des collaborateurs de la CSU ont démontré la fusion nucléaire à micro-échelle en laboratoire. Ils ont atteint une efficacité record pour la génération de neutrons, des particules subatomiques sans charge résultant du processus de fusion. Leurs travaux sont détaillés dans un article publié dans Communication Nature , et est dirigé par Jorge Rocca, Professeur émérite d'université en génie électrique, informatique et physique. Le premier auteur de l'article est Alden Curtis, un étudiant diplômé de la CSU.
Les expériences de fusion contrôlée par laser sont généralement effectuées dans des lasers de plusieurs centaines de millions de dollars logés dans des bâtiments de la taille d'un stade. De telles expériences visent généralement à exploiter la fusion pour des applications d'énergie propre.
En revanche, L'équipe d'étudiants de Rocca, chercheurs et collaborateurs, travailler avec un ultra rapide, laser de table haute puissance qu'ils ont construit à partir de zéro. Ils utilisent leur jeûne, laser pulsé pour irradier une cible de fils invisibles et créer instantanément extrêmement chaud, plasmas denses - avec des conditions proches de celles à l'intérieur du soleil. Ces plasmas entraînent des réactions de fusion, dégageant de l'hélium et des éclairs de neutrons énergétiques.
En haut à gauche :Une image au microscope électronique à balayage de nanofils de polyéthylène deutérés alignés. Les autres panneaux sont des simulations 3D des nanofils explosant rapidement après irradiation par une impulsion laser ultra-intense. Crédit :Advanced Beam Laboratory/Université d'État du Colorado
Dans leurs Communication Nature expérience, l'équipe a produit un nombre record de neutrons par unité d'énergie laser, environ 500 fois mieux que les expériences utilisant des cibles plates conventionnelles à partir du même matériau. La cible de leur laser était un réseau de nanofils fabriqués à partir d'un matériau appelé polyéthylène deutéré. Le matériau est similaire au plastique polyéthylène largement utilisé, mais ses atomes d'hydrogène communs sont remplacés par du deutérium, un type d'atome d'hydrogène plus lourd.
Les efforts ont été soutenus par des simulations informatiques intensives menées à l'Université de Düsseldorf (Allemagne), et au CSU.
Faire des neutrons de fusion efficacement, à petite échelle, pourrait conduire à des avancées en imagerie neutronique, et des sondes à neutrons pour mieux comprendre la structure et les propriétés des matériaux. Les résultats contribuent également à la compréhension des interactions de la lumière laser ultra-intense avec la matière.
