Fusão nuclear, o processo que alimenta nosso sol, acontece quando as reações nucleares entre os elementos leves produzem outros mais pesados. Também está acontecendo - em menor escala - em um laboratório da Colorado State University.

Usando um laser compacto, mas poderoso, para aquecer matrizes de nanofios ordenados, Cientistas e colaboradores da CSU demonstraram fusão nuclear em microescala no laboratório. Eles alcançaram eficiência recorde para a geração de nêutrons - partículas subatômicas sem carga resultantes do processo de fusão. Seu trabalho é detalhado em um artigo publicado em Nature Communications , e é liderado por Jorge Rocca, Professor distinto da universidade em engenharia elétrica e da computação e física. O primeiro autor do artigo é Alden Curtis, estudante de pós-graduação da CSU.

Os experimentos de fusão controlada por laser são normalmente realizados em lasers de centenas de milhões de dólares alojados em edifícios do tamanho de estádios. Esses experimentos são geralmente voltados para o aproveitamento da fusão para aplicações de energia limpa.

Em contraste, A equipe de alunos de Rocca, cientistas pesquisadores e colaboradores, trabalhe com um ultra rápido, laser de mesa de alta potência que eles construíram do zero. Eles usam seu rápido, laser pulsado para irradiar um alvo de fios invisíveis e criar instantaneamente extremamente quente, plasmas densos - com condições que se aproximam das que estão dentro do sol. Esses plasmas geram reações de fusão, emitindo hélio e flashes de nêutrons energéticos.

Em seus Nature Communications experimentar, a equipe produziu um número recorde de nêutrons por unidade de energia do laser - cerca de 500 vezes melhor do que experimentos que usam alvos planos convencionais do mesmo material. O alvo do laser era uma série de nanofios feitos de um material chamado polietileno deuterado. O material é semelhante ao plástico de polietileno amplamente utilizado, mas seus átomos de hidrogênio comuns são substituídos por deutério, um tipo mais pesado de átomo de hidrogênio.

Os esforços foram apoiados por intensas simulações de computador conduzidas na Universidade de Dusseldorf (Alemanha), e na CSU.

Fazendo nêutrons de fusão de forma eficiente, em pequena escala, pode levar a avanços na imagem baseada em nêutrons, e sondas de nêutrons para obter informações sobre a estrutura e as propriedades dos materiais. Os resultados também contribuem para a compreensão das interações da luz laser ultra-intensa com a matéria.