Os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) refinaram a medição da razãode ramificação gama (γ) para naªutrons em reações de fusão deutanãrio-tra­tio (DT).

Esta reação éuma candidata via¡vel para energia de fusão, pois éconhecida 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 naªutrons intenso e ramos produtores de γ significativamente menos intensos, os últimos dos quais são cinco ordens de magnitude menos intensos que os primeiros.

A razãode ramificação DT γ-naªutron éde 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 éde 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 fa­sico 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 esta¡gios iniciais da pandemia de COVID-19 nos deram tempo livre para revisitar esses dados com o objetivo de fornecer uma medição mais precisa da razãode ramificação DT γ para naªutrons”, disse Jeet. "O artigo aumenta as medições anteriores da taxa de ramificação em implosaµes de ICF e reduz a incerteza do valor relatado em quase um fator de três."

Jeet explica que restringir seu valor éfundamental para os esforços experimentais em instalações de confinamento inercial e confinamento magnanãtico.

“Para reatores nucleares baseados em tokamak, como o ITER, a determinação do fator de ganho de potaªncia (Q), definido como a razãoentre a potaªncia de fusão produzida e a necessa¡ria para manter o plasma, éessencial”, disse Jeet. "Q pode ser determinado com precisão medindo o rendimento γ da fusão DT juntamente com o valor preciso da razãode ramificação DT γ para naªutrons. ."

A razãode ramificação de deutanãrio-tra­tio γ para naªutrons édeterminada em um experimento ICF utilizando uma técnica de calibração cruzada que se baseia na seção transversal de dispersão inela¡stica de naªutrons em carbono-12 ( 12 C), uma seção transversal mais conhecida. Como uma implosão de ICF épulsada, 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 naªutrons de fusão DT produzidos podem interagir com um disco de carbono, localizado a montante do GCD, gerando raios γ baseados no espalhamento inela¡stico. Devido ao tempo de tra¢nsito dos naªutrons, os 12 C γs produzidos no disco de carbono chegam ao GCD mais tarde.

O valor desta técnica éfornecido pela separação temporal dos sinais γ no detector. A razãodesses sinais, ambos obtidos em uma implosão de ICF de disparo aºnico, éusada para determinar um valor de razãode ramificação DT de (4,6 ± 0,6) a— 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 inela¡stica de naªutrons em 12C e a precisão na medição do rendimento de naªutrons de fusão DT. O primeiro édeterminado a partir de vários experimentos realizados no passado e o último émedido com alta precisão em implosaµes de ICF. Este manãtodo resulta em uma medição de razãode ramificação com um erro total significativamente reduzido em comparação com ICF anterior e experimentos baseados em acelerador.

Jeet disse que experimentos futuros sera£o conduzidos neste vera£o no Omega Laser Facility do Laborata³rio 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 razãode ramificação DT γ para naªutrons. Além de realizar uma calibração cruzada contra 12 C, diferentes materiais estãosendo investigados para reduzir ainda mais os erros sistema¡ticos resultantes da técnica de calibração cruzada. Esses experimentos também tera£o como objetivo fornecer uma calibração cruzada da razãode ramificação D - 3 He γ-pra³ton.