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    重建超新星核聚变能量反应

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      普朗克

      我们在寻求研究恒星爆炸使可靠的聚变能成为现实,但结果很可能是我们一直在思考超新星错了。密歇根大学(University of Michigan)领导的一项新研究表明,在融合反应过程中,热量对材料的混合方式起着至关重要的作用——在这一点上,这一因素被排除在讨论之外。这一发现将有助于未来研究超新星的工作原理以及我们可以从中学到什么。核聚变的动力,比我们现在从裂变中获得的更清洁、更有效的能量是我们的目标。

      重建超新星核聚变能量反应

      图片:University of Michigan

      在恒星的核心,核聚变反应一直在进行,这使得科学家们为地球上的能源生产创造了一个自然的研究课题。科学家们不可能在遥远的恒星内部进行观测,所以科学家们研究了下一个最好的东西:在实验室中产生超新星和小规模的核聚变反应,他们研究聚变反应的一个关键组成部分是雷利-泰勒混合,它们在这两个过程中发生。当超新星发生时,它会向外发射物质,将不同的等离子体与包括铁、碳氦和氢的各种元素混合在一起。雷利-泰勒不稳定性,混合液体气体或等离子体与不同密度的动态,导致了超新星遗迹的产生。

      U-M科学家认为,我们对超新星中发生的混合的建模方法在历史上是不完整的。引起加热的能量流对发生的混合有显著影响。然而,对于瑞利-泰勒的天体物理建模来说,热量并不是一个考虑因素。美国密歇根大学激光实验天体物理学研究中心主任、气候与空间科学与工程的副研究员卡洛琳·库兰兹说:雷利-泰勒已经被研究了100多年了。但是这些高能通量的影响,这些导致加热的机制,从来没有被研究过。研究人员发现,增加的能量通量和由此产生的热量减少了混合的数量,从而减少了雷利-泰勒的不稳定性。

      重建超新星核聚变能量反应

      除了Kuranz,科学团队还包括物理学家Hye-Sook Park和Lawrence Livermore实验室的Channing Huntington。这些加热机制减少了混合,并对超新星的演化产生了戏剧性的影响。在实验中发现混合物减少了30%,而且随着时间的推移,这种减少会继续增加。为了观察聚变过程中热量的影响,研究人员在加州利弗莫尔(Livermore)发现了世界上最大的激光。2009年,国家点火装置利用热量和激光创造了一种核聚变反应创造条件,类似于超新星遗迹中所看到的情况。

      重建超新星核聚变能量反应

      Rayleigh-Taylor的理论是在所有II型超新星中发生的,有证据表明,这些恒星在爆炸的时候会把自己的内部变成‘内部’,这些实验帮助我们了解里面发生了什么。点火装置使研究人员第一次考虑了热效应。这些受控的核聚变反应的观测在核技术上有着广泛的应用。特别地,他们提供了一个实现能源生产效率最大化的路线图。现在,我们所有的核电站都是核裂变工厂,但是核聚变的效率更高,产生的核废料也更少。与使用钚或铀相比,聚变可以利用氢同位素等较轻的元素产生,所以我们地球上的燃料几乎是无限的。发表在《自然通讯》上的一项研究,“高能通量可能对年轻超新星残骸中的雷利-泰勒不稳定增长产生影响”,这项研究是由能源部资助。

      博科园-科学科普|参考期刊:Nature Communications|来自:密歇根大学

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