預測極化熱核聚變性質，可洞察宇宙的起源！

通過模擬和計算，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的核科學家首次準確預測了極化熱核聚變的性質。類似的計算可以用來回答關於宇宙起源和恆星演化的一些最基本問題。幾十年來，核科學家一直試圖利用一些最輕的原子核（氘(D)和氚(T)）的熱核融合所產生的能量，為未來的熱核反應堆提供動力。在自旋極化的DT熱核融合中，D核和T核以相同的方向「旋轉」，聚變速率可提高50%，產生的荷電氦(He)核可更有效地聚焦於加熱燃料。這是核聚變技術的下一個前沿領域之一。

博科園-科學科普：然而極化融合的好處取決於DT等離子體內極化的存活，以及完全理解融合速率增強和初始He對準是如何隨溫度和極化程度的變化。在發表於1月21日的《自然通訊》(Nature Communications)上的一項新研究中，LLNL團隊首次使用經過驗證的中子與質子(原子核的組成部分)相互作用模型

以及一種強大的從頭開始的反應方法，來準確預測極化DT熱核融合的性質。這項研究建立了對極化等離子體DT融合速率更好的理解。熱核融合是一種核合成(製造原子核的過程)，其中較輕的元素，如氫和氦，被轉換成較重的元素，如碳和氧，在這個過程中釋放大量的能量。

對大爆炸核合成最直接也最可靠的預測與氦-4有關，每個氦-4原子核由兩個質子和兩個中子組成。然而，氦-4也是恆星核聚變的標準產物。為了推斷原始氦-4的丰度，天文學家轉向了某些矮星系。這張照片展示了一個重要的例子，星系「I Zwicky 18」，這是一個矮星系，按照星系間的標準，它離我們非常近，只有4500萬光年遠。圖片：NASA

熱核融合在恆星中自然發生，從出生到死亡都是由核合成提供能量，在解釋大爆炸後元素的原始丰度方面也發揮著重要作用。正因為如此，熱核反應引起了天體物理學家的極大興趣，他們試圖回答有關宇宙起源和恆星演化的一些最基本的問題。在天體物理模型所要求的恆星能量下，兩個帶正電的原子核融合在一起的概率非常小。這使得大爆炸和恆星核合成反應很難在實驗室環境中複製和測量，並在元素丰度和恆星演化的預測中引入了很大的不確定性。

LLNL的物理學家Sofia Quaglioni是這篇論文的作者之一說：與偏振DT聚變類似的計算在未來可以與現有的實驗數據一起使用，提供熱核反應數據和提高天體物理模擬預測能力所需的準確度。本研究將第一性原理方法與高性能計算相結合，建立了連續介質無核殼層模型中的熱核反應模型。極化DT聚變的計算在利弗莫爾火神和石英計算機上需要200多兆帕時。

博科園-科學科普｜研究/來自：美國能源部

Anne M Stark, US Department of Energy

參考期刊文獻:《Nature Communications》

DOI: 10.1038/s41467-018-08052-6

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