科學家發現了恆星內部核反應的測量方法

科學家第一次在類似於恆星內部的極端情況下對熱核反應成功進行了測量。

來源：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室

我們宇宙中很多的元素是通過核聚變反應在極端的恆星等離子環境下形成的。恆星內部的極端環境使得科學家在此之前無法對恆星內部核反應進行測量。現在，科學家找到了新的方法。

來自於勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（簡稱：LLNL）、俄亥俄大學、麻省理工學院（簡稱：MIT）以及洛斯阿拉莫斯國家實驗室（簡稱：LANL）的科學家，組成了一個等離子物理學、核天體物理學和激光核聚變領域的跨學科研究團隊，第一次在相當於巨大恆星核心的環境下對核反應進行了測量。研究成果於2017年8月7日發表於《自然·物理》雜誌上。

該試驗在相當於巨大恆星的核心高能量密度等離子環境下，對核反應截面進行了熱核測量，這裡所說的核反應截面，是一個表示入射粒子和靶核之間發生某一特定核反應幾率大小的物理量。試驗中所模擬的巨大恆星約為太陽的10到40倍大。在極端等離子環境下，氫同位素被壓縮了一千倍直到相當於固體鉛的密度，溫度也加熱到5000萬開爾文溫度。開爾文溫度常用符號T表示，其單位為開爾文，開爾文溫度和人們習慣使用的攝氏溫度相差一個常數273.15，即T=t+273.15（t表示攝氏溫度）。這種極端的恆星環境會引發超新星爆發，這也是宇宙中最大規模的恆星爆炸。

「一般情況下，這類核天體物理學試驗是在實驗室中通過加速器來進行，但要在低能量條件下實現核聚變又非常困難，」勞倫斯利弗莫爾國家實驗室物理學家、研究報告首席作者丹·凱西表示：「因為反應截面會隨著反應物能量減少而快速降低，束縛電子屏蔽效應修正就變得非常重要，同時，來自於地球及宇宙的背景源輻射也會給試驗帶來很多困難。」

圖中左邊是太陽，右邊是美國國家點火裝置（簡稱：NIF）引發的內爆，太陽比點火裝置內爆在質量上大10的38次方倍，在體積上大10的13次方倍，兩者之間儘管在大小及規模方面存在巨大差別，但是，美國國家點火裝置引發的內爆同樣可用於構建恆星內部極端環境，來更好地進行深入研究。來源：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的美國國家點火裝置開展了該項試驗工作，世界上也只有這套試驗設備可實現恆星及巨行星核心部位的溫度及壓力條件。通過間接驅動方式，美國國家點火裝置引發了一次充氣艙內爆，內爆釋放的能量將充氣艙加熱到極高溫度，將氣體壓縮到極高密度，形成核聚變所需的溫度及壓強條件。

「該試驗的一項重要成果是，我們在完全不同的情況下，對加速器反應情況成功實現了多次測量，」凱西說：「這為我們提供了一種新的方法，來對核天體物理學領域的很多不同反應及過程進行研究，以前，通過其他方法對這些反應及過程進行研究存在著很多的困難。」

「更為重要的是，某些核反應只存在於恆星內部的極端等離子環境中，在此之前，科學家無法對此類核反應進行測量，這一新方法的出現，就為將來的試驗測量工作打下了基礎。其中一個例子就是等離子體電子屏蔽，這一過程在核聚變中非常重要，但還未在實驗條件下得到過觀測，」凱西補充說。

目前，研究團隊已經研發了一種測量技術，由麻省理工學院的瑪麗亞·加圖·約翰遜帶領的相關研究團隊也正在探索其他核反應方法，嘗試測量等離子體電子對核反應的影響。

來源：https://news.cgtn.com

譯者：呂珊珊

責編：鍾狼將

宇宙中第一批恆星的誕生

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