Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben de meting van de gamma (γ)-tot-neutronenvertakkingsverhouding in deuterium-tritium (D-T) fusiereacties verfijnd.

Deze reactie is een levensvatbare kandidaat voor fusie-energie, omdat bekend is dat deze de grootste dwarsdoorsnede heeft bij massamiddelpuntsenergieën onder 500 keV. Er zijn verschillende takken van deze reactie. Deze omvatten een intense neutronenproducerende tak en aanzienlijk minder intense γ-producerende takken, waarvan de laatste vijf ordes van grootte minder intens zijn dan de eerste.

De vertakkingsverhouding van D-T -tot-neutronen is van fundamenteel belang vanuit een kern- en plasmafysica-perspectief en een nauwkeurigere meting kan de theoretische inspanningen op deze gebieden vergroten. Deze vertakkingsratio is ook van belang bij experimentele inspanningen op het gebied van kernfusie en aanverwante nationale veiligheidstoepassingen.

De resultaten van het werk zijn te zien in Physical Review C , met LLNL-fysicus Justin Jeet als hoofdauteur. Het werk omvatte het analyseren van gegevens van een eerder inertiële opsluitingsfusie-experiment (ICF) dat in 2015 werd uitgevoerd en dat niet was geoptimaliseerd voor deze meting.

"De vroege stadia van de COVID-19-pandemie gaven ons vrije tijd om deze gegevens opnieuw te bekijken met als doel een nauwkeurigere meting van de D-T -tot-neutronenvertakkingsverhouding te bieden," zei Jeet. "De paper verbetert eerdere metingen van de vertakkingsverhouding in ICF-implosies en vermindert de onzekerheid van de gerapporteerde waarde met bijna een factor drie."

Jeet legt uit dat het beperken van de waarde ervan van het grootste belang is voor experimentele inspanningen bij traagheids- en magnetische opsluitingsfaciliteiten.

"Voor op tokamak gebaseerde kernreactoren zoals ITER, is het bepalen van de vermogensversterkingsfactor (Q), gedefinieerd als de verhouding tussen geproduceerd fusievermogen en dat nodig om het plasma te behouden, essentieel," zei Jeet. "Q kan nauwkeurig worden bepaald door de DT-fusie-γ-opbrengst te meten, samen met de precieze waarde van de DT γ-tot-neutronenvertakkingsverhouding. Bij inertiële opsluitingsfaciliteiten kan de D-T-vertakkingsverhouding op dezelfde manier absolute opbrengstmetingen leveren op basis van γ-ray-diagnostiek ."

De vertakkingsverhouding van deuterium-tritium γ-neutronen wordt bepaald in een ICF-experiment door gebruik te maken van een kruiskalibratietechniek die vertrouwt op de inelastische verstrooiingsdwarsdoorsnede van neutronen in koolstof-12 ( ¹² C), een bekendere dwarsdoorsnede. Omdat een ICF-implosie wordt gepulseerd, met een nucleaire productie van meer dan ≈ 100 picoseconden (ps), komen de DT-fusie--stralen eerst op een γ-detector, de Gas Cherenkov-detector (GCD), aan. De geproduceerde DT-fusieneutronen kunnen een interactie aangaan met een koolstofpuck, die zich stroomopwaarts van de GCD bevindt, en γ-stralen genereren op basis van de inelastische verstrooiing. Vanwege de transittijd van neutronen is de ¹² C s geproduceerd in de koolstofpuck komen later in de tijd bij de GCD aan.

De waarde van deze techniek wordt geleverd door de tijdelijke scheiding van de γ-signalen op de detector. De verhouding van deze signalen, die beide worden verkregen in een enkelvoudige ICF-implosie, wordt gebruikt om een ​​D-T-vertakkingsverhouding te bepalen van (4,6 ± 0,6) × 10 ⁻⁵ . Deze meting elimineert de noodzaak van absolute detectorkalibraties, die grote fouten kunnen hebben, en vertrouwt in plaats daarvan op de inelastische verstrooiingsdwarsdoorsnede van neutronen in ¹² C en de precisie bij het meten van de D-T-fusie-neutronenopbrengst. De eerste wordt bepaald op basis van verschillende experimenten die in het verleden zijn uitgevoerd en de laatste wordt met hoge precisie gemeten in ICF-implosies. Deze methode resulteert in een meting van de vertakkingsverhouding met een significant verminderde totale fout in vergelijking met eerdere ICF- en versnellergebaseerde experimenten.

Jeet zei dat toekomstige experimenten deze zomer zullen worden uitgevoerd in de Omega Laser Facility van het University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE) in Rochester, New York. Deze experimenten zijn ontworpen om deze meting te optimaliseren en zullen de precisie in de D-T -tot-neutronenvertakkingsverhouding verder verbeteren. Naast het uitvoeren van een kruiskalibratie tegen ¹² C worden verschillende materialen onderzocht om de systematische fouten als gevolg van de kruiskalibratietechniek verder te verminderen. Deze experimenten zijn ook bedoeld om een ​​kruiskalibratie van de D- ³ . te bieden Hij γ-to-proton vertakkingsverhouding. + Verder verkennen

Nieuwe experimenten met diepe inelastische verstrooiing meten twee spiegelkernen