Franchir les barrières dans la fusion nucléaire : Comment la migration des neutrons pourrait tout changer

Les réactions de fusion nucléaire à basse énergie sont impactées par la migration de nucléons et les compositions d'isospin des noyaux. Les études mettent en lumière le rôle de la forme nucléaire et de la dynamique de l'isospin dans l'abaissement de la barrière de fusion, ce qui pourrait faire avancer la physique nucléaire et les solutions énergétiques. Crédit : SciTechDaily.com

Les réactions de fusion nucléaire à basse énergie sont influencées par la migration de neutrons et de protons entre les noyaux qui fusionnent et leurs compositions d'isospin. Des recherches menées à l'aide de modèles computationnels à haute performance ont montré l'importance de la dynamique de l'isospin et des formes nucléaires, notamment dans les systèmes asymétriques riches en neutrons, révélant des implications significatives pour la physique nucléaire et les applications énergétiques potentielles.

Les réactions de fusion nucléaire à basse énergie peuvent potentiellement fournir de l'énergie propre. Dans les étoiles, les réactions de fusion à basse énergie lors des étapes de la combustion du carbone et de l'oxygène sont cruciales pour l'évolution stellaire. Ces réactions offrent également des perspectives précieuses sur les processus exotiques se déroulant dans la croûte interne des étoiles à neutrons lorsqu'elles accumulent de la matière. Cependant, les scientifiques ne comprennent pas pleinement la dynamique sous-jacente régissant ces réactions.

La clé pour déverrouiller le processus de fusion est de comprendre comment les nucléons se déplacent entre les deux noyaux qui fusionnent. Lorsque les noyaux se rapprochent suffisamment pour que les forces nucléaires deviennent effectives, les neutrons et les protons peuvent migrer d'un noyau à un autre. Ce mouvement facilite potentiellement le processus de fusion.

Contours ombragés des noyaux de calcium-40 et ytterbium-176 (40Ca+176Yb) lorsqu'ils entrent en collision, conduisant à la fusion, avec des courants de nucléons pour les neutrons en bleu et les protons en rouge. Le flux net de neutrons va de 176Yb à 40Ca et le flux de protons est l'inverse. Crédit : Sait Umar

Cette étude a exploré l'influence de la composition en isospin sur les processus de fusion à basse énergie. Il s'agit d'une propriété nucléaire clé qui différencie les protons des neutrons. Les chercheurs ont utilisé des techniques de calcul et de modélisation théorique pour étudier la fusion de différents noyaux avec des configurations d'isospin variables. Les résultats montrent que la composition en isospin des noyaux dans une réaction de fusion joue un rôle crucial dans la compréhension de la réaction.

Les découvertes offrent des perspectives sur les processus qui régissent les réactions de fusion à basse énergie. Cela pourrait améliorer la recherche scientifique sur des processus astrophysiques tels que la nucléosynthèse, qui est cruciale pour notre compréhension de l'univers dans son ensemble.

Dans cette étude, des chercheurs de l'Université Fisk et de l'Université Vanderbilt ont utilisé des techniques de modélisation théorique et de calcul à haute performance pour mener une étude détaillée par méthode à corps nombreux sur la manière dont la dynamique de l'isospin influence la fusion nucléaire à basse énergie à travers une série d'isotopes.

L'étude a également examiné comment la forme des noyaux impliqués affecte ces dynamiques. Dans des systèmes où les noyaux ne sont pas symétriques, la dynamique de l'isospin devient particulièrement importante, entraînant souvent un abaissement de la barrière de fusion, notamment dans des systèmes riches en neutrons. Ce phénomène peut être exploré en utilisant des installations spécialisées dans la génération de faisceaux composés de noyaux exotiques et instables.

Les découvertes fournissent des connaissances essentielles sur les processus nucléaires fondamentaux régissant ces réactions, qui ont des implications importantes dans des domaines tels que la physique nucléaire, l'astrophysique et, peut-être un jour, l'énergie basée sur la fusion.

Référence : « Rôle de la composition en isospin dans la fusion nucléaire à basse énergie » par Richard Gumbel, Christian Ross et A. S. Umar, 14 novembre 2023, Physical Review C. DOI : 10.1103/PhysRevC.108.L051602

Cette recherche a été soutenue par le Département de l'Énergie, Office of Science, Office of Nuclear Physics.