Ερευνητικά Νέα

Παραγωγή πολωμένου δευτερίου για πολωμένη σύντηξη

Η πόλωση του πυρηνικού σπιν, είναι γνωστό ότι αυξάνει τον ρυθμό των πυρηνικών αντιδράσεων D-T και D-3He κατά 50%. Ωστόσο, η έλλειψη πειραματικών τεχνικών για την παραγωγή πολωμένων ατόμων δευτερίου (SPD) σε ρυθμούς παραγωγής αρκετά υψηλών για την επίτευξη πυρηνικών αντιδράσεων, αφήνει αναπάντητα τα εξής σημαντικά ερωτήματα:

  1. Μπορεί η πόλωση να διατηρηθεί στη φάση πλάσματος για αρκετό χρόνο ώστε να μπορεί να χρησιμεύσει σε αντιδραστήρες σύντηξης;
  2. Ποια είναι η εξάρτηση από την πόλωση της αντίδρασης D-D; Διάφορες θεωρητικές προβλέψεις διαφωνούν μεταξύ τους προβλέποντας από ενίσχυση μέχρι καταστολή της αντίδρασης
  3. Είναι δυνατή η παραγωγή πολωμένου δευτερίου σε ρυθμούς της τάξης του 1022 άτομα/s που χρειάζονται σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα;

Η ομάδα του Καθηγητή Πέτρου Ρακιτζή, σε μια πρόσφατη δημοσίευση στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters παρουσίασε μια νέα μέθοδο παραγωγής πολωμένου δευτερίου από τη φωτοδιάσπαση του μορίου DI, με χρήση κυκλικά πολωμένου λέιζερ στα 270 nm. Η μέθοδος απαιτεί ένα μόνο φωτόνιο και λαμβάνει χώρα περίπου σε ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου (1.6 ns). Αυτός ο ρυθμός παραγωγής είναι περίπου ένα εκατομμύριο φορές πιο γρήγορος από τον ρυθμό παραγωγής των συμβατικών μεθόδων παραγωγής πολωμένου δευτερίου με χρήση μαγνητικών πεδίων (Stern-Gerlach spin separation), και επιτρέπει την παραγωγή πολωμένου δευτερίου σε πυκνότητες ένα εκατομμύριο φορές υψηλότερες, της τάξης 1018 άτομα ανά κυβικό εκατοστό. Αυτές οι πυκνότητες επιτρέπουν τη μελέτη αντιδράσεων σύντηξης όπως οι D-T, D-3He, και D-D αντιδράσεις, με τη χρήση λέιζερ όπως αυτό στο National Ignition Facility στο Livermore της California (με ενέργεια της τάξης των 2 MJ ανά παλμό), και την παραγωγή νετρονίων της τάξης του ενός εκατομμυρίου ανά παλμό, προσφέροντας απαντήσεις στα ερωτήματα (1) και (2). Τέλος, τα μοντέρνα, βιομηχανικής κλίμακας λέιζερ που επιτρέπουν την παραγωγή πάνω από 1022 φωτονίων ανά δευτερόλεπτο σε μήκη κύματος όπως τα 266 ή τα 248 nm, προσφέρουν τη δυνατότητα παραγωγής πολωμένων ατόμων δευτερίου σε ποσότητες αρκετές για να χρησιμοποιηθούν σε πυρηνικούς αντιδραστήρες σύντηξης όπως αυτοί που αναπτύσσονται στο ITER project.

Εικόνα: Η γωνιακή κατανομή των I(2P3/2) ατόμων που παράγονται από τη φωτοδιάσπαση του DI στα 270nm, και ιονίζονται μέσω (2+1) πολυφωτονικού ιονισμού για (a) και τα δύο λέιζερ (φωτοδιάσπαση και ιονισμός) δεξιόστροφα κυκλικά πολωμένα και (b) το λέιζερ της φωτοδιάσπασης αριστερόστροφα κυκλικά πολωμένο και το λέιζερ του ιονισμού δεξιόστροφα κυκλικά πολωμένο. Η μεγάλη διαφορά στη γωνιακή κατανομή στις δύο αυτές περιπτώσεις αποδεικνύει ότι τα I(2P3/2) άτομα είναι ισχυρά πολωμένα, και χρησιμεύει στον υπολογισμό της πόλωσης των ατόμων του δευτερίου μέσω διατήρησης της στροφορμής.

Επιστημονικό άρθρο: “Highly Nuclear-Spin-Polarized Deuterium Atoms from the UV Photodissociation of Deuterium Iodide” by Dimitris Sofikitis, Pavle Glodic, Greta Koumarianou, Hongyan Jiang, Lykourgos Bougas, Peter C. Samartzis, Alexander Andreev, and T. Peter Rakitzis, Phys. Rev. Lett. 118, 233401 (2017).

 

Ιούλιος 2017

Σελίδες

Πανεπιστήμιο Κρήτης - Τμήμα Φυσικής - Πανεπιστημιούπολη Βουτών - GR-70013 Βασιλικά Βουτών, Ελλάδα
τηλ: +30 2810 394300 - fax: +30 2810 394301