«Déu no juga als daus», va dir Einstein, criticant la ja clàssica interpretació de Copenhaguen (probabilística) de la mecànica quàntica moderna. Molta gent no se n'adona, però el nostre Sol i les nostres estrelles cremen gràcies a les lleis del món quàntic que van espantar i indignar Einstein. Avui dia, científics de la Xina han utilitzat aquestes lleis i amb exempleCom llançar de manera econòmica una reacció termonuclear en condicions terrestres sense recrear l'entorn interior de les estrelles.
Per aconseguir una reacció termonuclear autosostenible dins d'un reactor a la Terra, els àtoms de combustible ionitzats (hidrogen) han de superar la repulsió de Coulomb i fusionar-se, formant un àtom d'heli. Es diu habitualment que l'enorme pressió del Sol i la seva temperatura relativament alta de 15 milions de °C ho faciliten. En realitat, les condicions físiques dins d'una estrella són insuficients per a una reacció de fusió termonuclear autosostenible (i encara ho són menys a les cambres dels reactors de fusió a la Terra).
Els nuclis d'hidrogen superen la barrera de Coulomb formant un túnel fora dels pous d'energia, en lloc de saltar-ne fora. L'efecte túnel es produeix segons les lleis de la mecànica quàntica, amb un grau significatiu de probabilitat per a aquests esdeveniments. A l'escala d'una estrella, això garanteix reaccions termonuclears i combustió contínua simplement perquè hi ha tants nuclis d'hidrogen allà; n'hi ha molts amb qui fusionar-se, fins i tot tenint en compte les propietats probabilístiques d'aquest procés.
Els físics xinesos van adoptar un enfocament inesperat: en comptes d'intentar bombar el plasma del reactor fins al límit, van proposar augmentar la probabilitat de l'efecte túnel per als nuclis de combustible d'hidrogen. Si els nuclis no escapen dels seus pous d'energia de totes maneres, per què malgastar energia innecessària? Aquest és el resultat d'un article teòric escrit per tres científics xinesos: Jintao Qi de la Universitat Tecnològica de Shenzhen, el professor Zhaoyan Zhou de la Universitat Nacional de Tecnologia de Defensa i el professor Xu Wang de l'Escola de Postgrau de l'Acadèmia Xinesa de Física d'Enginyeria.
L'estudi es va basar en càlculs del comportament de dos nuclis de combustible d'hidrogen: deuteri i triti. En el futur, els investigadors analitzaran la seva proposta tenint en compte múltiples nuclis i la seva influència mútua. La idea és complementar l'escalfament clàssic del plasma de combustible en un reactor amb un procés que augmentaria la probabilitat que els nuclis de combustible facin un túnel a través de la barrera de Coulomb sense una despesa energètica significativa. Aquesta "trampa" podria ajudar a reduir el consum energètic global de les reaccions de fusió en els reactors i avançar en el desenvolupament de centrals elèctriques de fusió comercials.
Tradicionalment, s'han considerat làsers d'alta freqüència (com ara els làsers d'electrons lliures de raigs X) per bombar energia de plasma: dirigeixen partícules d'energia extremadament alta al plasma. Una nova anàlisi ha demostrat que els làsers de baixa freqüència (inclosos els del rang de l'infraroig proper) són més eficaços per augmentar la probabilitat de fusió amb la mateixa entrada d'energia o comparable. Això es deu al fet que el camp de baixa freqüència permet que els nuclis absorbeixin i emetin fotons repetidament durant la seva aproximació, interactuant més intensament amb el camp electromagnètic dels làsers de bombament, ampliant la distribució de l'energia de col·lisió i augmentant així les possibilitats de túnel quàntic a través de la barrera de Coulomb.
Com a exemple numèric, els autors citen les estimacions següents: a una energia de col·lisió d'1 keV (quiloelectronvolt) sense làser auxiliar, la probabilitat d'una reacció deuteri-triti és extremadament baixa. Tanmateix, quan s'irradia el combustible amb un camp làser de baixa freqüència amb una energia d'1,55 eV i una intensitat de 1020 W/cm², la probabilitat de fusió augmenta en tres ordres de magnitud, és a dir, per un factor de 1000. Augmentar la intensitat a 5×1021 W/cm² augmenta la probabilitat de fusió en nou ordres de magnitud (mil milions de vegades!) en comparació amb les condicions normals. Aquesta és una possibilitat increïble, que abans no es considerava o es considerava inviable.
Tot i que el treball encara és teòric, proporciona una base general per analitzar reaccions de fusió assistides per camps làser a diverses freqüències i intensitats i apunta a la possibilitat de relaxar les condicions de temperatura estrictes en la fusió controlada. En el futur, els autors planegen ampliar la teoria a entorns de plasma més realistes amb efectes col·lectius i interaccions làser-plasma, cosa que és fonamental per avaluar la viabilitat pràctica dels mecanismes descrits en condicions de laboratori.
Font:
Font: 3dnews.ru
