重建超新星核聚變能量反應

我們在尋求研究恆星爆炸使可靠的聚變能成為現實，但結果很可能是我們一直在思考超新星錯了。密歇根大學(University of Michigan)領導的一項新研究表明，在融合反應過程中，熱量對材料的混合方式起著至關重要的作用——在這一點上，這一因素被排除在討論之外。這一發現將有助於未來研究超新星的工作原理以及我們可以從中學到什麼。核聚變的動力，比我們現在從裂變中獲得的更清潔、更有效的能量是我們的目標。

圖片：University of Michigan

在恆星的核心，核聚變反應一直在進行，這使得科學家們為地球上的能源生產創造了一個自然的研究課題。科學家們不可能在遙遠的恆星內部進行觀測，所以科學家們研究了下一個最好的東西：在實驗室中產生超新星和小規模的核聚變反應，他們研究聚變反應的一個關鍵組成部分是雷利-泰勒混合，它們在這兩個過程中發生。當超新星發生時，它會向外發射物質，將不同的等離子體與包括鐵、碳氦和氫的各種元素混合在一起。雷利-泰勒不穩定性，混合液體氣體或等離子體與不同密度的動態，導致了超新星遺迹的產生。

U-M科學家認為，我們對超新星中發生的混合的建模方法在歷史上是不完整的。引起加熱的能量流對發生的混合有顯著影響。然而，對於瑞利-泰勒的天體物理建模來說，熱量並不是一個考慮因素。美國密歇根大學激光實驗天體物理學研究中心主任、氣候與空間科學與工程的副研究員卡洛琳·庫蘭茲說：雷利-泰勒已經被研究了100多年了。但是這些高能通量的影響，這些導致加熱的機制，從來沒有被研究過。研究人員發現，增加的能量通量和由此產生的熱量減少了混合的數量，從而減少了雷利-泰勒的不穩定性。

除了Kuranz，科學團隊還包括物理學家Hye-Sook Park和Lawrence Livermore實驗室的Channing Huntington。這些加熱機制減少了混合，並對超新星的演化產生了戲劇性的影響。在實驗中發現混合物減少了30%，而且隨著時間的推移，這種減少會繼續增加。為了觀察聚變過程中熱量的影響，研究人員在加州利弗莫爾(Livermore)發現了世界上最大的激光。2009年，國家點火裝置利用熱量和激光創造了一種核聚變反應創造條件，類似於超新星遺迹中所看到的情況。

Rayleigh-Taylor的理論是在所有II型超新星中發生的，有證據表明，這些恆星在爆炸的時候會把自己的內部變成『內部』，這些實驗幫助我們了解裡面發生了什麼。點火裝置使研究人員第一次考慮了熱效應。這些受控的核聚變反應的觀測在核技術上有著廣泛的應用。特別地，他們提供了一個實現能源生產效率最大化的路線圖。現在，我們所有的核電站都是核裂變工廠，但是核聚變的效率更高，產生的核廢料也更少。與使用鈈或鈾相比，聚變可以利用氫同位素等較輕的元素產生，所以我們地球上的燃料幾乎是無限的。發表在《自然通訊》上的一項研究，「高能通量可能對年輕超新星殘骸中的雷利-泰勒不穩定增長產生影響」，這項研究是由能源部資助。

博科園-科學科普｜參考期刊：Nature Communications｜來自：密歇根大學

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