Usando simulaciones y cálculos, Los científicos nucleares del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) por primera vez han predicho con precisión las propiedades de la fusión termonuclear polarizada. Se podrían usar cálculos análogos para responder algunas de las preguntas más fundamentales sobre los orígenes del universo y la evolución de las estrellas.

Por décadas, Los científicos nucleares han estado tratando de aprovechar la energía producida por la fusión termonuclear de algunos de los núcleos más ligeros. deuterio (D) y tritio (T), para alimentar los reactores termonucleares del futuro.

En la fusión termonuclear DT con polarización de espín, donde los núcleos D y T están "girando" en la misma dirección, la velocidad de fusión podría aumentarse hasta en un 50 por ciento y los núcleos de helio (He) cargados producidos podrían enfocarse de manera más eficiente para calentarse el combustible. Ésta es una de las próximas fronteras de la tecnología de fusión.

Sin embargo, los beneficios de la fusión polarizada dependen de la supervivencia de la polarización dentro del plasma DT, y una comprensión completa de cómo la mejora de la velocidad de fusión y la alineación inicial de He varían con la temperatura y el grado de polarización.

En la nueva investigación publicada en la edición del 21 de enero de la revista Comunicaciones de la naturaleza , El equipo de LLNL utilizó por primera vez modelos validados de las interacciones de neutrones y protones (los constituyentes de los núcleos) y un poderoso método de reacción ab initio para predecir con precisión las propiedades de la fusión termonuclear DT polarizada. La investigación establece una mejor comprensión de la velocidad de fusión de DT en un plasma polarizado.

La fusión termonuclear es un tipo de nucleosíntesis (el proceso de hacer núcleos atómicos) en el que los elementos más ligeros, como hidrógeno y helio, se convierten en otros más pesados, como el carbono y el oxígeno, y en el proceso liberan grandes cantidades de energía. La fusión termonuclear ocurre naturalmente en las estrellas, que, desde el nacimiento hasta la muerte, se alimentan de la nucleosíntesis, y también juega un papel importante en la explicación de la abundancia primordial de elementos después del Big Bang. Debido a esto, Las reacciones termonucleares son de gran interés para los astrofísicos que buscan responder algunas de las preguntas más fundamentales sobre los orígenes del universo y la evolución de las estrellas.

La probabilidad de que dos núcleos cargados positivamente se fusionen es extremadamente pequeña a las energías estelares requeridas por los modelos astrofísicos. Esto hace que el Big Bang y las reacciones de nucleosíntesis estelar sean difíciles de replicar y medir en un entorno de laboratorio e introduce grandes incertidumbres en las predicciones de abundancias elementales y evolución estelar.

"En el futuro se podrían utilizar cálculos análogos a la fusión DT polarizada junto con los datos experimentales disponibles para proporcionar los datos de la reacción termonuclear y el nivel de precisión requerido para mejorar la predictividad de las simulaciones astrofísicas, "dijo la física de LLNL Sofia Quaglioni, uno de los autores del artículo.

La investigación combinó enfoques de primeros principios con computación de alto rendimiento para modelar reacciones termonucleares en el modelo de capa sin núcleo con continuo. Los cálculos para la fusión de DT polarizada requirieron más de 200 Mcpu-horas en las máquinas Livermore Computing Vulcan y Quartz.