Superamento delle barriere nella fusione nucleare: Come la migrazione dei neutroni potrebbe cambiare tutto

Le reazioni di fusione nucleare a basse energie sono influenzate dalla migrazione dei nucleoni e dalle composizioni dell'isospin dei nuclei. Gli studi evidenziano il ruolo della forma nucleare e della dinamica dell'isospin nel ridurre la barriera di fusione, il che potrebbe far progredire la fisica nucleare e le soluzioni energetiche. Credit: SciTechDaily.com

Le reazioni di fusione nucleare a basse energie sono influenzate dalla migrazione di neutroni e protoni tra i nuclei che si fondono e dalle loro composizioni dell'isospin. Ricerche condotte utilizzando modelli computazionali ad alte prestazioni hanno dimostrato l'importanza della dinamica dell'isospin e delle forme nucleari, in particolare nei sistemi asimmetrici e ricchi di neutroni, rivelando significative implicazioni per la fisica nucleare e potenziali applicazioni energetiche.

Le reazioni di fusione nucleare a basse energie possono potenzialmente fornire energia pulita. Nelle stelle, le reazioni di fusione nucleare a basse energie durante le fasi di combustione del carbonio e dell'ossigeno sono cruciali per l'evoluzione stellare. Queste reazioni offrono anche preziosi spunti sui processi esotici che avvengono nella crosta interna delle stelle di neutroni mentre accumulano materia. Tuttavia, gli scienziati non comprendono appieno la dinamica sottostante che regola queste reazioni.

La chiave per sbloccare il processo di fusione è comprendere come i nucleoni si muovono tra i due nuclei che si fondono. Quando i nuclei si avvicinano abbastanza affinché le forze nucleari diventino efficaci, neutroni e protoni possono migrare da un nucleo all'altro. Questo movimento potenzialmente facilita il processo di fusione.

Contorni ombreggiati dei nuclei di calcio-40 e itterbio-176 (40Ca+176Yb) mentre collidono, portando alla fusione, con flussi di nucleoni per i neutroni in blu e per i protoni in rosso. Il flusso netto dei neutroni va da 176Yb a 40Ca e il flusso dei protoni è opposto. Credit: Sait Umar

Questo studio ha esplorato l'influenza sulla fusione a basse energie dei processi di composizione dell'isospin. Si tratta di una proprietà nucleare chiave che differenzia i protoni dai neutroni. I ricercatori hanno utilizzato tecniche computazionali e modelli teorici per investigare la fusione di diversi nuclei con configurazioni di isospin variabili. I risultati mostrano che la composizione dell'isospin dei nuclei in una reazione di fusione gioca un ruolo cruciale nella comprensione della reazione.

Le scoperte forniscono intuizioni sui processi che regolano le reazioni di fusione a basse energie. Ciò potrebbe potenziare la ricerca scientifica sui processi astrofisici come la nucleosintesi, che è fondamentale per la nostra comprensione dell'universo nel suo complesso.

In questo studio, i ricercatori della Fisk University e della Vanderbilt University hanno utilizzato tecniche computazionali ad alte prestazioni e modelli teorici per condurre uno studio dettagliato del metodo many-body su come la dinamica dell'isospin influenzi la fusione nucleare a basse energie attraverso una serie di isotopi.

Lo studio ha esaminato anche come la forma dei nuclei coinvolti influisca su tali dinamiche. Nei sistemi in cui i nuclei non sono simmetrici, la dinamica dell'isospin diventa particolarmente importante, portando spesso a una riduzione della barriera di fusione, specialmente nei sistemi ricchi di neutroni. Questo fenomeno può essere esplorato utilizzando strutture specializzate nella generazione di fasci composti da nuclei esotici e instabili.

Le scoperte forniscono conoscenze cruciali riguardo ai processi nucleari fondamentali che governano queste reazioni, con ampie implicazioni per campi come la fisica nucleare, l'astrofisica e, forse un giorno, l'energia basata sulla fusione.

Riferimento: "Il ruolo della composizione dell'isospin nella fusione nucleare a basse energie" di Richard Gumbel, Christian Ross e A. S. Umar, 14 novembre 2023, Physical Review C. DOI: 10.1103/PhysRevC.108.L051602

Questa ricerca è stata sostenuta dall'Ufficio della Scienza del Dipartimento dell'Energia, Ufficio di Fisica Nucleare.