2019-01-24 22:58:01
科学家预测融合研究的反应数据 洞察宇宙的起源

利用模拟和计算,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)核科学家首次准确预测了极化热核聚变的特性。类比计算可以用来回答关于宇宙起源和恒星演化的一些最基本的问题。

几十年来,核科学家一直试图利用一些最轻的核,氘(D)和氚(T)的热核聚变产生的能量,为未来的热核反应堆提供动力。

在自旋极化DT热核聚变中 - 其中D和T核在相同方向上“旋转” - 聚变速率可以提高50%并且产生的带电氦(He)核可以更有效地聚焦以加热燃料。这是融合技术的下一个领域之一。

然而,偏振聚变的好处取决于DT等离子体内极化的存活,并且完全理解融合速率增强和初始He对准如何随温度和极化程度而变化。

在1月21日出版的“自然通讯”杂志上发表的新研究中,LLNL团队首次使用了中子和质子(原子核成分)相互作用的验证模型和强大的从头算反应方法来准确预测偏振DT热核聚变的特性。该研究建立了对极化等离子体中DT融合速率的更好理解。

热核聚变是一种核合成(制造原子核的过程),其中较轻的元素,如氢和氦,被转化为较重的元素,如碳和氧,并在此过程中释放出大量的能量。恒星在天体中自然发生热核聚变,从出生到死亡 - 由核合成提供燃料,并且在解释大爆炸后元素的原始丰度方面也起着重要作用。正因为如此,热核反应对天体物理学家非常感兴趣,他们寻求回答关于宇宙起源和恒星演化的一些最基本的问题。

在天体物理模型所需的恒星能量下,两个带正电的原子核融合在一起的概率非常小。这使得大爆炸和恒星核合成反应难以在实验室环境中复制和测量,并在元素丰度和恒星演化的预测中引入了很大的不确定性。

“对极化DT融合的类似计算可以在未来与可用的实验数据一起使用,以提供热核反应数据和提高天体物理学模拟预测性所需的准确度,”LLNL物理学家Sofia Quaglioni说,他是其中一位作者。论文。

该研究将第一原理方法与高性能计算相结合,在具有连续体的无核壳模型中模拟热核反应。在Livermore Computing Vulcan和Quartz机器上进行极化DT融合的计算需要超过200 Mcpu小时。

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