A l'aide de simulations et de calculs, Les scientifiques nucléaires du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont pour la première fois prédit avec précision les propriétés de la fusion thermonucléaire polarisée. Des calculs analogues pourraient être utilisés pour répondre à certaines des questions les plus fondamentales sur les origines de l'univers et l'évolution des étoiles.

Depuis des décennies, les scientifiques nucléaires ont essayé d'exploiter l'énergie produite par la fusion thermonucléaire de certains des noyaux les plus légers, deutérium (D) et tritium (T), pour alimenter les réacteurs thermonucléaires du futur.

Dans la fusion thermonucléaire DT polarisée en spin - où les noyaux D et T "tournent" dans la même direction - le taux de fusion pourrait être amélioré jusqu'à 50 % et les noyaux d'hélium chargé (He) produits pourraient être concentrés plus efficacement pour se réchauffer. le carburant. C'est l'une des prochaines frontières de la technologie de fusion.

Cependant, les bénéfices de la fusion polarisée dépendent de la survie de la polarisation au sein du plasma DT, et une compréhension complète de la façon dont l'augmentation de la vitesse de fusion et l'alignement initial de He varient avec la température et le degré de polarisation.

Dans la nouvelle recherche publiée dans l'édition du 21 janvier de la revue Communication Nature , l'équipe du LLNL a utilisé pour la première fois des modèles validés des interactions des neutrons et des protons (les constituants des noyaux) et une puissante méthode de réaction ab initio pour prédire avec précision les propriétés de la fusion thermonucléaire polarisée DT. La recherche permet de mieux comprendre le taux de fusion DT dans un plasma polarisé.

La fusion thermonucléaire est un type de nucléosynthèse (le processus de fabrication de noyaux atomiques) dans lequel des éléments plus légers, comme l'hydrogène et l'hélium, sont convertis en plus lourds, tels que le carbone et l'oxygène, et libèrent ainsi de grandes quantités d'énergie. La fusion thermonucléaire se produit naturellement dans les étoiles, qui, de la naissance à la mort, sont alimentés par la nucléosynthèse, et joue également un rôle important dans l'explication des abondances primordiales d'éléments après le Big Bang. À cause de ce, Les réactions thermonucléaires sont d'un grand intérêt pour les astrophysiciens qui cherchent à répondre à certaines des questions les plus fondamentales sur les origines de l'univers et l'évolution des étoiles.

La probabilité de fusion de deux noyaux chargés positivement est extrêmement faible aux énergies stellaires requises par les modèles astrophysiques. Cela rend les réactions du Big Bang et de la nucléosynthèse stellaire difficiles à reproduire et à mesurer en laboratoire et introduit de grandes incertitudes dans les prédictions des abondances élémentaires et de l'évolution stellaire.

"Des calculs analogues à la fusion polarisée DT pourraient être utilisés à l'avenir avec les données expérimentales disponibles pour fournir les données de réaction thermonucléaire et le niveau de précision requis pour améliorer la prédictivité des simulations astrophysiques, " a déclaré la physicienne du LLNL Sofia Quaglioni, l'un des auteurs de l'article.

La recherche a combiné des approches fondées sur les premiers principes avec un calcul haute performance pour modéliser les réactions thermonucléaires dans le modèle de coque sans noyau avec continuum. Les calculs pour la fusion polarisée DT ont nécessité plus de 200 Mcpu-heures sur les machines Livermore Computing Vulcan et Quartz.