Un team di ricercatori della NASA alla ricerca di una nuova fonte di energia per le missioni di esplorazione dello spazio profondo, ha recentemente rivelato un metodo per innescare la fusione nucleare nello spazio tra gli atomi di un solido metallico.
La loro ricerca è stata pubblicata in due articoli sottoposti a revisione paritaria nella principale rivista del settore, Physical Review C, Volume 101 (aprile 2020) : " Reazioni di fusione nucleare nei metalli deuterati " e " Nuove reazioni nucleari osservate nei metalli deuterati irradiati da bremsstrahlung". .”
La fusione nucleare è un processo che produce energia quando due nuclei si uniscono per formare un nucleo più pesante. "Gli scienziati sono interessati alla fusione, perché potrebbe generare enormi quantità di energia senza creare sottoprodotti radioattivi di lunga durata", ha affermato Theresa Benyo, Ph.D., del Glenn Research Center della NASA. "Tuttavia, le reazioni di fusione convenzionali sono difficili da ottenere e sostenere perché si basano su temperature così estreme per superare la forte repulsione elettrostatica tra nuclei carichi positivamente che il processo è stato impraticabile".
Chiamato Lattice Confinement Fusion, il metodo rivelato dalla NASA realizza reazioni di fusione con il combustibile (deuterio, un isotopo dell'idrogeno non radioattivo ampiamente disponibile composto da un protone, un neutrone e un elettrone, e denotato "D") confinato nello spazio tra gli atomi di un solido metallico. Nella precedente ricerca sulla fusione come la fusione a confinamento inerziale, il carburante (come il deuterio/trizio) viene compresso a livelli estremamente elevati ma solo per un breve periodo di tempo di nanosecondi, quando può verificarsi la fusione. Nella fusione a confinamento magnetico, il combustibile viene riscaldato in un plasma a temperature molto più alte di quelle al centro del Sole. Nel nuovo metodo si creano condizioni sufficienti per la fusione entro i confini del reticolo metallico che viene mantenuto a temperatura ambiente. Mentre il reticolo metallico, carico di carburante al deuterio.
Fotografia dei metalli deuterati esposti alla radiazione bremsstrahlung durante il test. Durante l'esposizione, l'erbio deuterato (ErD 3 ) ha mostrato evidenza di reazioni di fusione.
Un metallo come l'erbio è "deuterato" o caricato con atomi di deuterio, "deuteroni", imballando il combustibile un miliardo di volte più denso rispetto ai reattori a fusione a confinamento magnetico (tokamak). Nel nuovo metodo, una sorgente di neutroni "riscalda" o accelera i deuteroni in modo tale che quando si scontra con un deuterone vicino provoca reazioni di fusione DD. Negli esperimenti in corso, i neutroni sono stati creati attraverso la fotodissociazione dei deuteroni attraverso l'esposizione a un raggio gamma di 2,9+MeV (raggi X energetici). Dopo l'irradiazione, alcuni dei deuteroni del combustibile si dissociano producendo sia i neutroni che i protoni energetici necessari. Oltre a misurare i neutroni della reazione di fusione, il Glenn Team ha anche osservato la produzione di neutroni ancora più energetici che sono la prova di reazioni di fusione potenziate o reazioni di strippaggio nucleare di Oppenheimer-Phillips (OP) schermate con gli atomi del reticolo metallico. Entrambe le reazioni aprono un percorso per elaborare il ridimensionamento.
Illustrazione degli elementi principali del processo di fusione a confinamento reticolare osservato. Nella parte (A), un reticolo di erbio è caricato con atomi di deuterio (cioè, deuteride di erbio), che qui esistono come deuteroni. Dopo l'irradiazione con un fascio di fotoni, un deuterone si dissocia e il neutrone e il protone vengono espulsi. Il neutrone espulso si scontra con un altro deuterone, accelerandolo come un "d*" energetico come si vede in (B) e (D). La "d*" induce una fusione schermata (C) o reazioni di stripping di Oppenheimer-Phillips (OP) schermate (E). In (C), l'energico "d*" si scontra con un deuterone statico "d" nel reticolo e si fondono insieme. Questa reazione di fusione rilascia un neutrone ed elio-3 (mostrato) o un protone e trizio. Questi prodotti di fusione possono anche reagire in successive reazioni nucleari, rilasciando più energia. In (E), un protone viene strappato da un energetico “d*” e viene catturato da un atomo di erbio (Er), che viene poi convertito in un elemento diverso, tulio (Tm). Se invece il neutrone viene catturato da Er, si forma un nuovo isotopo di Er (non mostrato).
Una nuova caratteristica del nuovo processo è il ruolo fondamentale svolto dagli elettroni del reticolo metallico le cui cariche negative aiutano a "schermare" i deuteroni caricati positivamente. Tale schermatura consente ai nuclei di combustibile adiacenti di avvicinarsi più da vicino l'uno all'altro, riducendo la possibilità che si disperdano semplicemente l'uno dall'altro e aumentando la probabilità che attraversino la barriera elettrostatica favorendo la fusione. Questo secondo la teoria sviluppata dal fisico teorico del progetto, Vladimir Pines, Ph.D, di PineSci.
“I risultati attuali aprono un nuovo percorso per l'avvio di reazioni di fusione per ulteriori studi all'interno della comunità scientifica. Tuttavia, le velocità di reazione devono essere aumentate sostanzialmente per raggiungere livelli di potenza apprezzabili, il che potrebbe essere possibile utilizzando vari metodi di moltiplicazione della reazione in esame", ha affermato Bruce Steinetz, Ph.D. di Glenn, ricercatore principale del progetto NASA.
"La chiave di questa scoperta è stata il talentuoso team multidisciplinare che la NASA Glenn ha riunito per indagare sulle anomalie di temperatura e sulle trasmutazioni dei materiali che erano state osservate con metalli altamente deuterati", ha affermato Leonard Dudzinski, Chief Technologist for Planetary Science, che ha sostenuto la ricerca . "Avremo bisogno di questo approccio per risolvere sfide ingegneristiche significative prima di poter progettare un'applicazione pratica".
Con ulteriori studi e sviluppi, le applicazioni future potrebbero includere sistemi di alimentazione per missioni di esplorazione spaziale di lunga durata o propulsione nello spazio. Potrebbe anche essere usato sulla Terra per l'energia elettrica o per creare isotopi medici per la medicina nucleare.
Pubblicazioni
 |  Nuove reazioni nucleari osservate nei metalli deuterati irradiati da Bremsstrahlung |  Reazioni di fusione nucleare nei metalli deuterati |
 Osservazioni sperimentali dell'attività nucleare in materiali deuterati sottoposti a un fascio di fotoni a bassa energia |  Valutazione dell'energia gamma per la creazione di isotopi Cd-111 (sub m), In-113 (sub m) e In-115 (sub m) |  Indagine su materiali caricati con deuterio soggetti a esposizione ai raggi X |
 La NASA GRC ospita il workshop virtuale Lattice Confinement Fusion |  Panoramica sulla fusione del confinamento reticolare (LCF) |  |
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