通过模拟和计算，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的核科学家首次准确预测了极化热核聚变的性质。类似的计算可以用来回答关于宇宙起源和恒星演化的一些最基本问题。几十年来，核科学家一直试图利用一些最轻的原子核（氘(D)和氚(T)）的热核融合所产生的能量，为未来的热核反应堆提供动力。在自旋极化的DT热核融合中，D核和T核以相同的方向“旋转”，聚变速率可提高50%，产生的荷电氦(He)核可更有效地聚焦于加热燃料。这是核聚变技术的下一个前沿领域之一。
博科园-科学科普：然而极化融合的好处取决于DT等离子体内极化的存活，以及完全理解融合速率增强和初始He对准是如何随温度和极化程度的变化。在发表于1月21日的《自然通讯》(Nature Communications)上的一项新研究中，LLNL团队首次使用经过验证的中子与质子(原子核的组成部分)相互作用模型，以及一种强大的从头开始的反应方法，来准确预测极化DT热核融合的性质。这项研究建立了对极化等离子体DT融合速率更好的理解。热核融合是一种核合成(制造原子核的过程)，其中较轻的元素，如氢和氦，被转换成较重的元素，如碳和氧，在这个过程中释放大量的能量。
对大爆炸核合成最直接也最可靠的预测与氦-4有关，每个氦-4原子核由两个质子和两个中子组成。然而，氦-4也是恒星核聚变的标准产物。为了推断原始氦-4的丰度，天文学家转向了某些矮星系。这张照片展示了一个重要的例子，星系“I Zwicky 18”，这是一个矮星系，按照星系间的标准，它离我们非常近，只有4500万光年远。图片：NASA
热核融合在恒星中自然发生，从出生到死亡都是由核合成提供能量，在解释大爆炸后元素的原始丰度方面也发挥着重要作用。正因为如此，热核反应引起了天体物理学家的极大兴趣，他们试图回答有关宇宙起源和恒星演化的一些最基本的问题。在天体物理模型所要求的恒星能量下，两个带正电的原子核融合在一起的概率非常小。这使得大爆炸和恒星核合成反应很难在实验室环境中复制和测量，并在元素丰度和恒星演化的预测中引入了很大的不确定性。
LLNL的物理学家Sofia Quaglioni是这篇论文的作者之一说：与偏振DT聚变类似的计算在未来可以与现有的实验数据一起使用，提供热核反应数据和提高天体物理模拟预测能力所需的准确度。本研究将第一性原理方法与高性能计算相结合，建立了连续介质无核壳层模型中的热核反应模型。极化DT聚变的计算在利弗莫尔火神和石英计算机上需要200多兆帕时。
博科园-科学科普｜研究/来自：美国能源部
Anne M Stark,US Department of Energy
参考期刊文献:《Nature Communications》
DOI: 10.1038/s41467-018-08052-6
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