Il grafico A illustra il layout sperimentale, un disco di carbonio è montato sulla faccia anteriore del GCD-3, un sistema diagnostico γ comunemente usato presso le strutture ICF. I raggi γ prodotti nell'implosione arrivano per primi al rivelatore. Più avanti nel tempo, i neutroni prodotti nella fusione possono disperdersi anelasticamente nel campione di carbonio per produrre raggi γ. Questo segnale risultante è temporaneamente separato dai raggi γ di fusione DT. Nel grafico B. Il grafico mostra il risultato recente per il rapporto di ramificazione DT (cerchiato in nero) rispetto alle misurazioni precedenti. L'asse y rappresenta il valore per il rapporto di ramificazione mentre l'asse x rappresenta un'energia di deuterone effettiva. Credito:LLNL
I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno perfezionato la misurazione del rapporto di ramificazione gamma (γ)-neutrone nelle reazioni di fusione deuterio-trizio (DT).
Questa reazione è un valido candidato per l'energia di fusione, poiché è noto che ha la sezione trasversale più grande al centro di energie inferiori a 500 keV. Ci sono diversi rami di questa reazione. Questi includono un ramo di produzione di neutroni intenso e rami di produzione γ significativamente meno intensi, l'ultimo dei quali è cinque ordini di grandezza meno intenso del primo.
Il rapporto di ramificazione DT γ-neutrone è di fondamentale interesse dal punto di vista della fisica nucleare e del plasma e una misurazione più precisa può aumentare gli sforzi teorici in questi campi. Questo rapporto di ramificazione è anche interessante negli sforzi sperimentali verso la fusione nucleare e le relative applicazioni di sicurezza nazionale.
I risultati del lavoro sono riportati in Physical Review C , con il fisico LLNL Justin Jeet che funge da autore principale. Il lavoro ha comportato l'analisi dei dati di un precedente esperimento di fusione a confinamento inerziale (ICF) condotto nel 2015, che non era ottimizzato per questa misurazione.
"Le prime fasi della pandemia di COVID-19 ci hanno dato tempo libero per rivedere questi dati con l'obiettivo di fornire una misurazione più precisa del rapporto di ramificazione DT-γ-neutrone", ha affermato Jeet. "Il documento aumenta le misurazioni precedenti del rapporto di ramificazione nelle implosioni ICF e riduce l'incertezza del valore riportato di quasi un fattore tre."
Jeet spiega che limitarne il valore è fondamentale per gli sforzi sperimentali nelle strutture di confinamento inerziale e magnetico.
"Per i reattori nucleari basati su tokamak come ITER, la determinazione del fattore di guadagno di potenza (Q), definito come il rapporto tra la potenza di fusione prodotta e quella richiesta per mantenere il plasma, è essenziale", ha affermato Jeet. "Q può essere determinato con precisione misurando la resa γ di fusione DT insieme al valore preciso del rapporto di ramificazione DT γ-neutroni. Nelle strutture di confinamento inerziale, il rapporto di ramificazione DT può fornire misurazioni della resa assoluta basate sulla diagnostica dei raggi γ ."
Il rapporto di ramificazione deuterio-trizio γ-neutrone è determinato in un esperimento ICF utilizzando una tecnica di calibrazione incrociata che si basa sulla sezione d'urto di diffusione anelastica dei neutroni nel carbonio-12 ( 12 C), una sezione trasversale più nota. Poiché un'implosione ICF è pulsata, con una produzione nucleare che si verifica in ≈100 picosecondi (ps), i raggi γ di fusione DT arrivano prima su un rivelatore γ, il Gas Cherenkov Detector (GCD), prima. I neutroni di fusione DT prodotti possono interagire con un disco di carbonio, situato a monte del GCD, generando raggi γ in base allo scattering anelastico. A causa del tempo di transito dei neutroni, il 12 I C γ prodotti nel disco di carbonio arrivano al GCD più tardi nel tempo.
Il valore di questa tecnica è dato dalla separazione temporale dei segnali γ sul rivelatore. Il rapporto di questi segnali, entrambi ottenuti in un'implosione ICF a colpo singolo, viene utilizzato per determinare un valore del rapporto di ramificazione DT di (4,6 ± 0,6) × 10 −5 . Questa misurazione ovvia alla necessità di calibrazioni del rivelatore assoluto, che possono avere grandi errori, e si basa invece sulla sezione d'urto di scattering anelastica dei neutroni in 12 C e la precisione nella misura della resa dei neutroni di fusione DT. Il primo è determinato da diversi esperimenti condotti in passato e il secondo è misurato con alta precisione nelle implosioni ICF. Questo metodo si traduce in una misurazione del rapporto di ramificazione con un errore totale significativamente ridotto rispetto ai precedenti esperimenti basati su ICF e acceleratori.
Jeet ha detto che i futuri esperimenti saranno condotti quest'estate presso l'Omega Laser Facility del Laboratory for Laser Energetics (LLE) dell'Università di Rochester a Rochester, New York. Questi esperimenti sono progettati per ottimizzare questa misurazione e miglioreranno ulteriormente la precisione nel rapporto di ramificazione DT γ-neutrone. Oltre a eseguire una calibrazione incrociata rispetto a 12 C, sono allo studio diversi materiali per ridurre ulteriormente gli errori sistematici risultanti dalla tecnica di calibrazione incrociata. Questi esperimenti mireranno anche a fornire una calibrazione incrociata del D- 3 He rapporto di ramificazione γ-protone. + Esplora ulteriormente
