Studiamo le stelle che esplodono nella nostra ricerca per rendere l'energia di fusione affidabile una realtà, ma è probabile che abbiamo pensato male alle supernove.

Una nuova ricerca condotta dall'Università del Michigan mostra che il calore svolge un ruolo significativo nel modo in cui i materiali si mescolano durante le reazioni di fusione, un fattore che ha, a questo punto, stato lasciato fuori dalla discussione. È una scoperta che dovrebbe aiutare a focalizzare gli studi futuri su come funzionano le supernove e cosa possiamo imparare da loro.

Potenza dalla fusione, energia più pulita ed efficiente di quella che attualmente deriva dalla fissione, è l'obiettivo. Le reazioni di fusione nucleare sono costantemente in corso nei nuclei delle stelle, rendendoli un soggetto di ricerca naturale per gli scienziati che cercano di ricrearli per la produzione di energia sulla Terra.

È impossibile sbirciare dentro quelle stelle lontane, quindi gli scienziati danno un'occhiata alle prossime cose migliori:supernovae e reazioni di fusione su piccola scala create in laboratorio. E un componente chiave delle reazioni di fusione che studiano è la miscelazione Rayleigh-Taylor, che si verifica durante entrambi.

Quando si verifica una supernova, proietta la materia verso l'esterno, mescolando diversi plasmi con vari elementi che includono ferro, carbonio elio e idrogeno. Instabilità di Rayleigh-Taylor, la dinamica di miscelazione di liquidi gas o plasmi con diverse densità, porta alla creazione di resti di supernova.

Gli scienziati dell'UM ritengono che i nostri metodi per modellare la miscelazione che si verifica nelle supernovae siano stati storicamente incompleti. I flussi energetici che causano il riscaldamento hanno un impatto significativo sulla miscelazione che si verifica. Eppure il calore non è una considerazione nella modellazione astrofisica di Rayleigh-Taylor.

"Rayleigh-Taylor è stato studiato per oltre 100 anni, " ha detto Carolyn Kuranz, direttore del Centro per la ricerca astrofisica sperimentale laser di U-M e ricercatore associato di scienze e ingegneria del clima e dello spazio. "Ma gli effetti di questi flussi ad alta energia, questi meccanismi che causano il riscaldamento, non sono mai stati studiati».

I ricercatori hanno scoperto che l'aumento dei flussi di energia e il loro riscaldamento risultante riduce la quantità di miscelazione che si verifica, diminuendo l'instabilità di Rayleigh-Taylor. Oltre a Kuranz, il team scientifico comprende i fisici Hye-Sook Park e Channing Huntington del Lawrence Livermore Laboratory.

"Questi meccanismi di riscaldamento riducono il mescolamento e possono avere un effetto drammatico sull'evoluzione di una supernova, " Kuranz ha detto. "Nel nostro esperimento, abbiamo scoperto che la miscelazione è stata ridotta del 30 percento e che la riduzione potrebbe continuare ad aumentare nel tempo".

Per osservare l'impatto del calore durante la fusione, i ricercatori si sono rivolti al laser più grande del mondo a Livermore, California Inaugurato nel 2009, la National Ignition Facility utilizza calore e laser per creare una reazione di fusione, creando condizioni simili a quelle osservate in un residuo di supernova.

"Si teorizza che Rayleigh-Taylor si verifichi in tutte le supernove di tipo II e ci sono prove che queste stelle si capovolgono quando esplodono, " Kuranz ha detto. "Questi esperimenti ci aiutano a capire cosa sta succedendo dentro."

L'impianto di accensione ha permesso ai ricercatori di considerare per la prima volta l'effetto del calore.

Le osservazioni di queste reazioni di fusione nucleare controllate hanno ampie applicazioni per la tecnologia nucleare. In particolare, offrono una tabella di marcia verso la massimizzazione dell'efficienza della produzione di energia.

"Proprio adesso, tutti i nostri impianti nucleari sono impianti di fissione, " Kuranz ha detto. "Ma la fusione tende ad essere più efficiente ea produrre meno scorie nucleari. Invece di usare plutonio o uranio, come con la fissione, la fusione può essere generata utilizzando elementi più leggeri come gli isotopi di idrogeno. Quindi abbiamo una fonte di carburante quasi illimitata sulla Terra".

Uno studio sulla ricerca, "Come i flussi di alta energia possono influenzare la crescita dell'instabilità di Rayleigh-Taylor nei giovani resti di supernova, " è pubblicato in Comunicazioni sulla natura . La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento dell'Energia.