La previsione più diretta - e quindi più solida - della nucleosintesi del Big Bang riguarda l'elio-4, ogni nucleo del quale è costituito da due protoni e due neutroni. Però, l'elio-4 è anche un prodotto standard della fusione nucleare stellare. Per dedurre l'abbondanza primordiale di elio-4, gli astronomi si rivolgono a certe galassie nane. Questa immagine mostra un esempio importante, la galassia "I Zwicky 18, "una galassia nana piuttosto vicina a noi per gli standard intergalattici, a soli 45 milioni di anni luce di distanza. Credito:NASA
Utilizzando simulazioni e calcoli, Gli scienziati nucleari del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) per la prima volta hanno previsto con precisione le proprietà della fusione termonucleare polarizzata. Calcoli analoghi potrebbero essere usati per rispondere ad alcune delle domande più fondamentali sull'origine dell'universo e sull'evoluzione delle stelle.
Per decenni, scienziati nucleari hanno cercato di sfruttare l'energia prodotta dalla fusione termonucleare di alcuni dei nuclei più leggeri, deuterio (D) e trizio (T), per alimentare i reattori termonucleari del futuro.
Nella fusione termonucleare DT con spin polarizzato, in cui i nuclei D e T "ruotano" nella stessa direzione, la velocità di fusione potrebbe essere aumentata fino al 50 percento e i nuclei di elio (He) carichi prodotti potrebbero essere focalizzati in modo più efficiente per riscaldarsi il carburante. Questa è una delle prossime frontiere della tecnologia di fusione.
Però, i vantaggi della fusione polarizzata dipendono dalla sopravvivenza della polarizzazione all'interno del plasma DT, e una completa comprensione di come l'aumento della velocità di fusione e l'allineamento iniziale dell'elio varino con la temperatura e il grado di polarizzazione.
Nella nuova ricerca pubblicata nell'edizione del 21 gennaio della rivista Comunicazioni sulla natura , il team LLNL per la prima volta ha utilizzato modelli convalidati delle interazioni di neutroni e protoni (i costituenti dei nuclei) e un potente metodo di reazione ab initio per prevedere con precisione le proprietà della fusione termonucleare polarizzata DT. La ricerca stabilisce una migliore comprensione della velocità di fusione DT in un plasma polarizzato.
La fusione termonucleare è un tipo di nucleosintesi (il processo di creazione dei nuclei atomici) in cui elementi più leggeri, come idrogeno ed elio, vengono convertiti in quelli più pesanti, come carbonio e ossigeno, e nel processo rilasciano grandi quantità di energia. La fusione termonucleare avviene naturalmente nelle stelle, che, dalla nascita alla morte, sono alimentati dalla nucleosintesi, e svolge anche un ruolo importante nello spiegare le abbondanze primordiali degli elementi dopo il Big Bang. A causa di ciò, Le reazioni termonucleari sono di grande interesse per gli astrofisici che cercano di rispondere ad alcune delle domande più fondamentali sull'origine dell'universo e sull'evoluzione delle stelle.
La probabilità che due nuclei carichi positivamente si fondano insieme è estremamente piccola alle energie stellari richieste dai modelli astrofisici. Ciò rende le reazioni del Big Bang e della nucleosintesi stellare difficili da replicare e misurare in un ambiente di laboratorio e introduce grandi incertezze nelle previsioni delle abbondanze degli elementi e dell'evoluzione stellare.
"Calcoli analoghi alla fusione polarizzata DT potrebbero essere utilizzati in futuro insieme ai dati sperimentali disponibili per fornire i dati sulla reazione termonucleare e il livello di accuratezza richiesto per migliorare la predittività delle simulazioni astrofisiche, " ha detto il fisico LLNL Sofia Quaglioni, uno degli autori del saggio.
La ricerca ha combinato gli approcci basati sui principi primi con il calcolo ad alte prestazioni per modellare le reazioni termonucleari nel modello shell no-core con continuum. I calcoli per la fusione polarizzata DT hanno richiesto più di 200 Mcpu-ore sulle macchine Livermore Computing Vulcan e Quartz.
