Tecnologia Científica

Pesquisadores atualizam as razões de medição chave para experimentos de fusão de confinamento inercial
A razão de ramificação DT γ-nêutron é de interesse fundamental do ponto de vista da física nuclear e de plasma e uma medição mais precisa pode aumentar os esforços teóricos nesses campos.
Por Lawrence Livermore National Laboratory - 27/04/2022


O gráfico A mostra o layout experimental, um disco de carbono é montado na face frontal do GCD-3, um diagnóstico γ comumente usado nas instalações da ICF. Os raios γ produzidos na implosão chegam primeiro ao detector. Mais tarde, os nêutrons produzidos na fusão podem se espalhar inelasticamente na amostra de carbono para produzir raios γ. Este sinal resultante é temporariamente separado dos raios γ de fusão DT. No gráfico B. O gráfico mostra o resultado recente para a razão de ramificação DT (circulado em preto) em relação às medições anteriores. O eixo y representa o valor da razão de ramificação, enquanto o eixo x representa uma energia efetiva de deutério. Crédito: LNL

Os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) refinaram a medição da razão de ramificação gama (γ) para nêutrons em reações de fusão deutério-trítio (DT).

Esta reação é uma candidata viável para energia de fusão, pois é conhecida por ter a maior seção transversal em energias de centro de massa abaixo de 500 keV. Existem diferentes ramos desta reação. Estes incluem um ramo produtor de nêutrons intenso e ramos produtores de γ significativamente menos intensos, os últimos dos quais são cinco ordens de magnitude menos intensos que os primeiros.

A razão de ramificação DT γ-nêutron é de interesse fundamental do ponto de vista da física nuclear e de plasma e uma medição mais precisa pode aumentar os esforços teóricos nesses campos. Essa proporção de ramificação também é de interesse em esforços experimentais para fusão nuclear e aplicações de segurança nacional relacionadas.

Os resultados do trabalho são apresentados na Physical Review C , com o físico do LLNL Justin Jeet atuando como autor principal. O trabalho envolveu a análise de dados de um experimento anterior de fusão por confinamento inercial (ICF) realizado em 2015, que não foi otimizado para essa medição.

“Os estágios iniciais da pandemia de COVID-19 nos deram tempo livre para revisitar esses dados com o objetivo de fornecer uma medição mais precisa da razão de ramificação DT γ para nêutrons”, disse Jeet. "O artigo aumenta as medições anteriores da taxa de ramificação em implosões de ICF e reduz a incerteza do valor relatado em quase um fator de três."

Jeet explica que restringir seu valor é fundamental para os esforços experimentais em instalações de confinamento inercial e confinamento magnético.

“Para reatores nucleares baseados em tokamak, como o ITER, a determinação do fator de ganho de potência (Q), definido como a razão entre a potência de fusão produzida e a necessária para manter o plasma, é essencial”, disse Jeet. "Q pode ser determinado com precisão medindo o rendimento γ da fusão DT juntamente com o valor preciso da razão de ramificação DT γ para nêutrons. ."
 
A razão de ramificação de deutério-trítio γ para nêutrons é determinada em um experimento ICF utilizando uma técnica de calibração cruzada que se baseia na seção transversal de dispersão inelástica de nêutrons em carbono-12 ( 12 C), uma seção transversal mais conhecida. Como uma implosão de ICF é pulsada, com produção nuclear ocorrendo em ≈100 picossegundos (ps), os raios γ de fusão DT chegam primeiro a um detector γ, o Gas Cherenkov Detector (GCD), primeiro. Os nêutrons de fusão DT produzidos podem interagir com um disco de carbono, localizado a montante do GCD, gerando raios γ baseados no espalhamento inelástico. Devido ao tempo de trânsito dos nêutrons, os 12 C γs produzidos no disco de carbono chegam ao GCD mais tarde.

O valor desta técnica é fornecido pela separação temporal dos sinais γ no detector. A razão desses sinais, ambos obtidos em uma implosão de ICF de disparo único, é usada para determinar um valor de razão de ramificação DT de (4,6 ± 0,6) × 10 −5 . Essa medição evita a necessidade de calibrações absolutas de detectores, que podem ter grandes erros, e, em vez disso, depende da seção transversal de dispersão inelástica de nêutrons em 12C e a precisão na medição do rendimento de nêutrons de fusão DT. O primeiro é determinado a partir de vários experimentos realizados no passado e o último é medido com alta precisão em implosões de ICF. Este método resulta em uma medição de razão de ramificação com um erro total significativamente reduzido em comparação com ICF anterior e experimentos baseados em acelerador.

Jeet disse que experimentos futuros serão conduzidos neste verão no Omega Laser Facility do Laboratório de Energia do Laser (LLE) da Universidade de Rochester em Rochester, Nova York. Esses experimentos são projetados para otimizar essa medição e melhorar ainda mais a precisão na razão de ramificação DT γ para nêutrons. Além de realizar uma calibração cruzada contra 12 C, diferentes materiais estão sendo investigados para reduzir ainda mais os erros sistemáticos resultantes da técnica de calibração cruzada. Esses experimentos também terão como objetivo fornecer uma calibração cruzada da razão de ramificação D - 3 He γ-próton.

 

.
.

Leia mais a seguir