"Dio non gioca a dadi", disse Einstein, criticando l'ormai classica interpretazione di Copenaghen (probabilistica) della moderna meccanica quantistica. Molti non se ne rendono conto, ma il nostro Sole e le nostre stelle bruciano grazie alle leggi del mondo quantistico che spaventarono e indignarono Einstein. Oggi, scienziati cinesi hanno utilizzato queste leggi e è venuto fuoriCome avviare una reazione termonucleare in condizioni terrestri senza dover ricreare l'ambiente all'interno delle stelle.
Per ottenere una reazione termonucleare autosostenuta all'interno di un reattore sulla Terra, gli atomi di combustibile ionizzato (idrogeno) devono vincere la repulsione di Coulomb e fondersi, formando un atomo di elio. Si dice comunemente che l'enorme pressione del Sole e la temperatura relativamente elevata di 15 milioni di °C facilitino questo processo. In realtà, le condizioni fisiche all'interno di una stella sono insufficienti per una reazione di fusione termonucleare autosostenuta (e lo sono ancora meno nelle camere dei reattori a fusione sulla Terra).
I nuclei di idrogeno superano la barriera di Coulomb uscendo dai pozzi energetici tramite un tunnel, anziché saltando fuori da essi. Il tunneling avviene secondo le leggi della meccanica quantistica, con un grado di probabilità significativo per tali eventi. Su scala stellare, questo assicura reazioni termonucleari e combustione continua semplicemente perché ci sono così tanti nuclei di idrogeno lì – ce n'è in abbondanza con cui fondersi, anche tenendo conto delle proprietà probabilistiche di questo processo.
I fisici cinesi hanno adottato un approccio inaspettato: invece di cercare di pompare il plasma del reattore al limite, hanno proposto di aumentare la probabilità dell'effetto tunnel per i nuclei di idrogeno combustibile. Se i nuclei non fuoriescono comunque dai loro pozzi energetici, perché sprecare energia inutilmente? Questo è il risultato di un articolo teorico redatto da tre scienziati cinesi: Jintao Qi della Shenzhen University of Technology, il professor Zhaoyan Zhou della National University of Defense Technology e il professor Xu Wang della Graduate School of China Academy of Engineering Physics.
Lo studio si è basato sui calcoli del comportamento di due nuclei di idrogeno combustibile: deuterio e trizio. In futuro, i ricercatori analizzeranno la loro proposta tenendo conto di nuclei multipli e della loro reciproca influenza. L'idea è di integrare il riscaldamento classico del plasma di combustibile in un reattore con un processo che aumenterebbe la probabilità che i nuclei di combustibile attraversino la barriera di Coulomb senza un dispendio energetico significativo. Un simile "trucco" potrebbe contribuire a ridurre il consumo energetico complessivo delle reazioni di fusione nei reattori e a promuovere lo sviluppo di centrali elettriche a fusione commerciali.
Tradizionalmente, i laser ad alta frequenza (come i laser a elettroni liberi a raggi X) sono stati considerati per il pompaggio di energia del plasma, in quanto dirigono particelle ad altissima energia nel plasma. Una nuova analisi ha dimostrato che i laser a bassa frequenza (compresi quelli nel vicino infrarosso) sono più efficaci nell'aumentare la probabilità di fusione con lo stesso apporto energetico o con un apporto energetico comparabile. Questo perché il campo a bassa frequenza consente ai nuclei di assorbire ed emettere ripetutamente fotoni durante il loro avvicinamento, interagendo più intensamente con il campo elettromagnetico dei laser di pompaggio, ampliando la distribuzione dell'energia di collisione e aumentando così le probabilità di tunneling quantistico attraverso la barriera di Coulomb.
Come esempio numerico, gli autori citano le seguenti stime: a un'energia di collisione di 1 keV (kiloelettronvolt) senza un laser ausiliario, la probabilità di una reazione deuterio-trizio è estremamente bassa. Tuttavia, irradiando il combustibile con un campo laser a bassa frequenza con un'energia di 1,55 eV e un'intensità di 1020 W/cm², la probabilità di fusione aumenta di tre ordini di grandezza, ovvero di un fattore 1000. Aumentando l'intensità a 5×1021 W/cm², la probabilità di fusione aumenta di nove ordini di grandezza (un miliardo di volte!) rispetto alle condizioni normali. Questa è una possibilità incredibile, in precedenza non considerata o ritenuta irrealizzabile.
Sebbene il lavoro sia ancora teorico, fornisce una base generale per l'analisi delle reazioni di fusione assistite da campi laser a varie frequenze e intensità e suggerisce la possibilità di allentare le stringenti condizioni di temperatura nella fusione controllata. In futuro, gli autori intendono estendere la teoria ad ambienti di plasma più realistici con effetti collettivi e interazioni laser-plasma, il che è fondamentale per valutare la fattibilità pratica dei meccanismi descritti in condizioni di laboratorio.
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Fonte: 3dnews.ru
