We bestuderen exploderende sterren in onze zoektocht om betrouwbare fusie-energie te realiseren, maar de kans is groot dat we verkeerd over supernova's hebben nagedacht.

Nieuw onderzoek onder leiding van de Universiteit van Michigan toont aan dat warmte een belangrijke rol speelt in de manier waarop materialen zich mengen tijdens fusiereacties - een factor die, tot dit punt, buiten de discussie gehouden. Het is een bevinding die toekomstige studies zou moeten helpen focussen over hoe supernova's werken en wat we ervan kunnen leren.

Kracht van fusie, schonere en efficiëntere energie dan wat we momenteel uit kernsplijting halen, is het doel. Kernfusiereacties zijn voortdurend aan de gang in de kernen van sterren, waardoor ze een natuurlijk onderzoeksonderwerp zijn voor wetenschappers die ze proberen te recreëren voor energieproductie op aarde.

Het is onmogelijk om een ​​kijkje te nemen in die verre sterren, dus wetenschappers kijken naar de volgende beste dingen:supernova's en kleinschalige fusiereacties die in het laboratorium zijn gemaakt. En een belangrijk onderdeel van fusiereacties die ze bestuderen, is Rayleigh-Taylor-menging, die tijdens beide optreedt.

Als er een supernova plaatsvindt, het werpt de materie naar buiten, het mengen van verschillende plasma's met verschillende elementen, waaronder ijzer, koolstofhelium en waterstof. Rayleigh-Taylor instabiliteit, de dynamiek van het mengen van vloeibare gassen of plasma's met verschillende dichtheden, leidt tot het ontstaan ​​van supernovaresten.

UM-wetenschappers zijn van mening dat onze methoden om de vermenging in supernova's te modelleren in het verleden onvolledig zijn geweest. Energiestromen die verwarming veroorzaken, hebben een aanzienlijke invloed op de vermenging die optreedt. Toch speelt warmte geen rol bij de astrofysische modellering van Rayleigh-Taylor.

"Rayleigh-Taylor is al meer dan 100 jaar bestudeerd, " zei Carolyn Kuranz, directeur van UM's Centre for Laser Experimental Astrophysical Research en een associate research scientist van klimaat- en ruimtewetenschappen en engineering. "Maar de effecten van deze hoge energiestromen, deze mechanismen die verwarming veroorzaken, nooit onderzocht."

De onderzoekers ontdekten dat verhoogde energiefluxen en de resulterende verwarming de hoeveelheid vermenging die optreedt, vermindert, waardoor de Rayleigh-Taylor-instabiliteit afneemt. Naast Kuranz, het wetenschappelijke team omvat natuurkundigen Hye-Sook Park en Channing Huntington van het Lawrence Livermore Laboratory.

"Deze verwarmingsmechanismen verminderen vermenging en kunnen een dramatisch effect hebben op de evolutie van een supernova, " zei Kuranz. "In ons experiment, we ontdekten dat het mengen met 30 procent werd verminderd en dat de vermindering in de loop van de tijd zou kunnen blijven toenemen."

Om de impact van warmte tijdens fusie te observeren, onderzoekers wendden zich tot 's werelds grootste laser in Livermore, Californië Geopend in 2009, de National Ignition Facility gebruikt warmte en lasers om een ​​fusiereactie te creëren, waardoor omstandigheden worden gecreëerd die vergelijkbaar zijn met die in een supernovarest.

"Van Rayleigh-Taylor wordt aangenomen dat het voorkomt in alle Type II supernova's en er zijn aanwijzingen dat deze sterren zichzelf 'binnenstebuiten' keren wanneer ze exploderen, "Zei Kuranz. "Deze experimenten helpen ons te leren wat er binnenin gebeurt."

Dankzij de ontstekingsfaciliteit konden onderzoekers voor het eerst rekening houden met het warmte-effect.

Waarnemingen van deze gecontroleerde kernfusiereacties hebben brede toepassingen voor nucleaire technologie. Vooral, ze bieden een routekaart naar het maximaliseren van de efficiëntie van de energieproductie.

"Direct, al onze kerncentrales zijn splijtingsinstallaties, " zei Kuranz. "Maar fusie is meestal efficiënter en levert minder nucleair afval op. In plaats van plutonium of uranium te gebruiken, zoals bij splijting, fusie kan worden gegenereerd met behulp van lichtere elementen zoals waterstofisotopen. We hebben dus een bijna onbeperkte bron van brandstof op aarde."

Een studie over het onderzoek, "Hoe hoge energiefluxen de groei van Rayleigh-Taylor-instabiliteit in jonge supernovaresten kunnen beïnvloeden, " is gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Het onderzoek werd gefinancierd door het ministerie van Energie.