RW Space

Реакторы, предназначенные для производства энергии за счет синтеза атомов, могут иметь неожиданную побочную научную выгоду.

Международная группа исследователей показала, что маломассивные частицы темного сектора, такие как гипотетический аксион, могут образовываться в термоядерных установках – не как побочные продукты процесса термоядерного синтеза, а посредством взаимодействия между высокоэнергетическими нейтронами и стенками реактора.

Их предложение превращает то, что когда-то считалось невозможным, в реалистичный путь и многообещающий шаг. к будущим экспериментальным поискам.

По теме: Корейский термоядерный реактор установил новый рекорд по поддержанию температуры плазмы в 100 миллионов градусов

Темная материя — один из самых больших космических вопросительных знаков, теоретическое решение наблюдаемой загадки.

Суть в том, что количество нормальной материи во Вселенной слишком мало, чтобы создать ту гравитацию, которую мы видим. Что-то, что нам еще предстоит определить, гравитационно связывает Вселенную в обширную паутину, не производя и не поглощая какой-либо свет, который мы можем обнаружить, и вообще не взаимодействует с чем-либо еще, кроме гравитации.

Мы называем это чем-то темной материей. Ученые подсчитали, что нормальная материя составляет лишь около 16 процентов вещества во Вселенной, а остальные 84 процента составляют темная материя.

Существует множество теоретических кандидатов на ее идентичность: от микроскопических черных дыр до слабо взаимодействующих массивных частиц и сверхлегких частиц, включая аксионы – одни из главных претендентов.

Идея о том, что аксионы или аксионоподобные частицы могут возникать в результате звездного синтеза, не нова, поскольку предложено множество механизмов. Поэтому само собой разумеется, что аксионы могут также возникнуть в термоядерном реакторе.

Но есть большая и разрушительная загвоздка: количество аксионов, ожидаемое от звезды, не говоря уже о гораздо меньшем реакторе, слишком мало, чтобы его можно было обнаружить.

«После завершения этой работы мы узнали, что аналогичная идея производства аксионов в термоядерных установках обсуждалась в эпизодах SE501-SE503 ситкома. Теория Большого взрыва«, — пишет группа под руководством физика Юре Зупана из Университета Цинциннати в новой статье.

«Шелдон Купер и Леонард Хофштадтер рассматривали образование аксионов в плазме, что, к сожалению, не приводит к достаточно большому потоку аксионов».

Вместо того чтобы рассматривать плазму, Зупан и его команда рассмотрели другой подход: поглощение огромный поток нейтронов высокой энергии, исходящий от лития в бланкете воспроизводства дейтерий-тритиевого термоядерного реактора.

Вот как это работает. В термоядерном реакторе этого типа воспроизводящий бланкет представляет собой толстый слой богатого литием материала, обернутый вокруг вакуумной камеры в активной зоне реактора. Цель этого двоякая. Когда плазма вращается вокруг, она производит огромный поток очень энергичных нейтронов. Они врезаются в одеяло, что помогает преобразовать кинетическую энергию, которую они несут, в тепло для производства энергии.

В то же время нейтроны захватываются ядрами лития, которые затем распадаются на гелий и тритий. Реактор может использовать этот тритий в качестве топлива. Его называют «воспроизводящим одеялом», потому что он «размножает» тритий. Это очень изящно.

Взаимодействия с воспроизводящим бланкетом и стенками реактора, как установили исследователи, могут производить и другие частицы.

Их математический анализ показывает, что аксионы или аксионоподобные частицы также могут возникать в результате взаимодействий захвата нейтронов или в результате высвобождения энергии, когда нейтрон замедляется после рассеяния на другой частице — явление, известное как нейтронное тормозное излучение.

Исследователи обнаружили, что теоретический поток аксионоподобных частиц в результате этих процессов намного превышает поток от термоядерного синтеза и может даже достигать обнаруживаемых уровней за пределами стенок реактора. Их работа предлагает новый способ поиска решений загадок темной материи.

«Солнце — огромный объект, производящий много энергии. Вероятность того, что новые частицы будут произведены на Солнце и попадут на Землю, выше, чем если бы они были произведены в термоядерных реакторах с использованием тех же процессов, что и на Солнце», — говорит Зупан.

«Однако их все равно можно производить в реакторах, используя другой набор процессов».

Исследование опубликовано в журнале Journal of High Energy. Физика.