Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han refinado la medición de la relación de ramificación gamma (γ) a neutrón en las reacciones de fusión de deuterio-tritio (D-T).

Esta reacción es un candidato viable para la energía de fusión, ya que se sabe que tiene la sección transversal más grande en energías del centro de masa por debajo de 500 keV. Hay diferentes ramas de esta reacción. Estos incluyen una rama productora de neutrones intensa y ramas productoras de γ significativamente menos intensas, la última de las cuales es cinco órdenes de magnitud menos intensa que la primera.

La relación de ramificación D-T γ-a-neutrón es de fundamental interés desde una perspectiva de física nuclear y de plasma y una medición más precisa puede aumentar los esfuerzos teóricos en estos campos. Esta relación de ramificación también es de interés en los esfuerzos experimentales hacia la fusión nuclear y aplicaciones de seguridad nacional relacionadas.

Los resultados del trabajo se presentan en Physical Review C , con el físico de LLNL Justin Jeet como autor principal. El trabajo involucró el análisis de datos de un experimento anterior de fusión por confinamiento inercial (ICF) realizado en 2015, que no estaba optimizado para esta medición.

"Las primeras etapas de la pandemia de COVID-19 nos dieron tiempo libre para revisar estos datos con el objetivo de proporcionar una medición más precisa de la relación de ramificación D-T γ a neutrón", dijo Jeet. "El documento aumenta las mediciones anteriores de la relación de ramificación en las implosiones de ICF y reduce la incertidumbre del valor informado en casi un factor de tres".

Jeet explica que limitar su valor es fundamental para los esfuerzos experimentales en las instalaciones de confinamiento magnético e inercial.

"Para los reactores nucleares basados ​​en tokamak como ITER, la determinación del factor de ganancia de potencia (Q), definido como la relación entre la potencia de fusión producida y la requerida para mantener el plasma, es esencial", dijo Jeet. "Q se puede determinar con precisión midiendo el rendimiento γ de la fusión D-T junto con el valor preciso de la relación de ramificación D-T γ a neutrón. En las instalaciones de confinamiento inercial, la relación de ramificación D-T puede proporcionar de manera similar mediciones de rendimiento absoluto basadas en diagnósticos de rayos γ ."

La relación de ramificación de deuterio-tritio γ a neutrones se determina en un experimento ICF utilizando una técnica de calibración cruzada que se basa en la sección transversal de dispersión inelástica de los neutrones en el carbono-12 ( ¹² C), una sección transversal más conocida. Debido a que una implosión ICF es pulsada, y la producción nuclear ocurre en ≈100 picosegundos (ps), los rayos γ de fusión DT llegan primero a un detector γ, el detector de gas Cherenkov (GCD). Los neutrones de fusión DT producidos pueden interactuar con un disco de carbono, ubicado aguas arriba del GCD, generando rayos γ basados ​​en la dispersión inelástica. Debido al tiempo de tránsito de los neutrones, el ¹² Los C γ producidos en el disco de carbono llegan al GCD más tarde en el tiempo.

El valor de esta técnica lo proporciona la separación temporal de las señales γ en el detector. La relación de estas señales, ambas obtenidas en una implosión ICF de disparo único, se utiliza para determinar un valor de relación de ramificación D-T de (4,6 ± 0,6) × 10 ⁻⁵ . Esta medida evita la necesidad de calibraciones absolutas del detector, que pueden tener grandes errores, y en su lugar se basa en la sección transversal de dispersión inelástica de los neutrones en ¹² C y la precisión en la medida del rendimiento de neutrones de fusión D-T. El primero se determina a partir de varios experimentos realizados en el pasado y el segundo se mide con alta precisión en implosiones ICF. Este método da como resultado una medición de la relación de ramificación con un error total significativamente reducido en comparación con experimentos anteriores basados ​​en ICF y aceleradores.

Jeet dijo que los experimentos futuros se llevarán a cabo este verano en las instalaciones de láser Omega del Laboratorio de Energética Láser (LLE) de la Universidad de Rochester en Rochester, Nueva York. Estos experimentos están diseñados para optimizar esta medición y mejorarán aún más la precisión en la relación de ramificación D-T γ a neutrones. Además de realizar una calibración cruzada contra ¹² C, se están investigando diferentes materiales para reducir aún más los errores sistemáticos resultantes de la técnica de calibración cruzada. Estos experimentos también tendrán como objetivo proporcionar una calibración cruzada de D- ³ He relación de ramificación γ a protón. + Explora más

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