Usando simulações e cálculos, Os cientistas nucleares do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), pela primeira vez, previram com precisão as propriedades da fusão termonuclear polarizada. Cálculos análogos podem ser usados ​​para responder a algumas das questões mais fundamentais sobre as origens do universo e a evolução das estrelas.

Por décadas, cientistas nucleares têm tentado aproveitar a energia produzida pela fusão termonuclear de alguns dos núcleos mais leves, deutério (D) e trítio (T), para alimentar os reatores termonucleares do futuro.

Na fusão termonuclear de spin polarizada DT - onde os núcleos D e T estão "girando" na mesma direção - a taxa de fusão pode ser aumentada em até 50 por cento e os núcleos de hélio carregados produzidos (He) podem ser focados de forma mais eficiente para aquecer o combustível. Esta é uma das próximas fronteiras da tecnologia de fusão.

Contudo, os benefícios da fusão polarizada dependem da sobrevivência da polarização dentro do plasma DT, e uma compreensão completa de como o aumento da taxa de fusão e o alinhamento inicial de He variam com a temperatura e o grau de polarização.

Na nova pesquisa publicada na edição de 21 de janeiro da revista Nature Communications , a equipe do LLNL pela primeira vez usou modelos validados das interações de nêutrons e prótons (os constituintes dos núcleos) e um poderoso método de reação ab initio para prever com precisão as propriedades da fusão termonuclear polarizada DT. A pesquisa estabelece um melhor entendimento da taxa de fusão do DT em um plasma polarizado.

A fusão termonuclear é um tipo de nucleossíntese (o processo de fazer núcleos atômicos) em que elementos mais leves, como hidrogênio e hélio, são convertidos em outros mais pesados ​​- como carbono e oxigênio - e, no processo, liberam grandes quantidades de energia. A fusão termonuclear ocorre naturalmente nas estrelas, que - do nascimento à morte - são alimentados pela nucleossíntese, e também desempenha um papel importante na explicação das abundâncias primordiais de elementos após o Big Bang. Por causa disso, as reações termonucleares são de grande interesse para os astrofísicos que buscam responder a algumas das questões mais fundamentais sobre as origens do universo e a evolução das estrelas.

A probabilidade de dois núcleos carregados positivamente se fundirem é extremamente pequena nas energias estelares exigidas pelos modelos astrofísicos. Isso torna o Big Bang e as reações de nucleossíntese estelar difíceis de replicar e medir em um ambiente de laboratório e introduz grandes incertezas nas previsões de abundâncias elementares e evolução estelar.

"Cálculos análogos à fusão DT polarizada podem ser usados ​​no futuro junto com dados experimentais disponíveis para fornecer os dados da reação termonuclear e o nível de precisão necessário para melhorar a previsibilidade das simulações astrofísicas, "disse a física do LLNL Sofia Quaglioni, um dos autores do artigo.

A pesquisa combinou abordagens de primeiros princípios com computação de alto desempenho para modelar reações termonucleares no modelo de shell sem núcleo com continuum. Os cálculos para a fusão DT polarizada exigiram mais de 200 Mcpu-horas nas máquinas de Vulcão e Quartzo de Computação Livermore.