Tarptautinė tyrėjų komanda, vadovaujama Masato Ota iš Japonijos nacionalinio branduolių sintezės instituto, pritaikė naują Rentgeno spindulių matavimo metodą, leidžiantį vienu impulsu užfiksuoti itin greitai kintančias plazmos nanostruktūras. Šis pasiekimas suteikia galimybę tiesiogiai stebėti pradines turbulencijos stadijas, kurios lemiamai veikia energijos suvaldymą branduolių sintezės reaktoriuose.

Sluoksnis po sluoksnio: Rentgeno impulsas fiksuoja mikroskopinius pokyčius

Aukštos energijos tankio plazmoje mikroskopiniai nestabilumai išsivysto per sekundės dalis. Norint suprasti, kaip smulkūs sutrikimai viršija kritinę ribą ir viršutinėse struktūrose virsta chaotiška turbulencija, būtina vienu metu užfiksuoti skirtingo mastelio reiškinius. Tyrėjai sujungė mažo kampo Rentgeno spindulių sklaidos metodą be spindulio stabdiklio su Rentgeno laisvųjų elektronų lazeriu ir mikrostruktūriniu strypelių rinkinio taikiniu.

Šis derinys išsprendė ilgametę problemą – ankstesni jutikliai turėjo akląsias zonas, neleidusias vienu metu stebėti ir mažų, ir didelių plazmos darinių. Užfiksavus visą nanostruktūrų spektrą vienu kadru, paaiškėjo tikslūs mechanizmai, kaip energija juda tarp skirtingo dydžio plazmos sluoksnių.

Gauti rezultatai kartu padeda geriau suprasti lazerinio jonų greitinimo procesus, kuriems reikalingas itin efektyvus energijos perdavimas iš spindulio į taikinį.

Švarioji sintezė ir neutronų srauto valdymas

Plasmos fizikos atradimai tiesiogiai siejasi su reaktorių kuro inžinerija. Eksperimentuojant su skirtingomis kuro sudėtimis, siekiama sumažinti ardantį neutronų srautą į reaktoriaus sieneles. Įprasta terminė deuterio ir helio-3 (D-3He) plazma prie 10 kiloelektronvoltų (keV) temperatūros sugeneruoja didelį neutronų kiekį, siekiantį 90–95 procentus standartinės deuterio ir tričio (D-T) reakcijos lygio vienam vatui.

Pritaikius nebalansinį kuro kaitinimą, nepageidaujamą neutronų susidarymą pavyksta sumažinti nuo 4,7 iki 7,7 karto. Sukiniu poliarizuotas kuro derinys uždegimo taške generuoja vos 3,0–5,4 procento D-T reakcijos neutronų lygio, o pačių neutronų nesama sintezės galia nukrenta iki 0,4–2,4 procento.

Užtikrinus, kad dalelės turėtų reikiamą sukinį, pagrindinė branduolių sintezės reakcija sustiprėja, o šalutiniai procesai prislopinami. Tai iš esmės keičia reaktorių inžineriją: mažesnė spinduliuotė reiškia, kad vidinės kameros sienelės dėvisi lėčiau, todėl medžiagos tarnauja ilgiau ir nereikalauja dažno keitimo.

Detalūs matavimai atveria kelią naujoms platformoms

Nors diagnostikos įranga sparčiai tobulėja, eksperimentai reikalauja itin tikslios sinchronizacijos. Procesai vyksta tokiais trumpais laiko tarpais, kad bet koks impulsų vėlavimas iškreipia duomenis. Tam tikrose plonose medžiagose šviesa valdyti magnetines ar topologines savybes vis dar pavyksta tik žemesnėje nei 20–25 kelvinų temperatūroje, todėl laboratorinės sąlygos išlieka griežtai apibrėžtos.

Procesų analizė atskleidžia, kad naujasis Rentgeno sklaidos metodas gali tapti universalia matavimų platforma. Ji bus taikoma tiriant pamatinius reikalavimus, kaip kietosios medžiagos suardomos ir paverčiamos plazma.

Inžinieriams tobulinant Rentgeno lazerių diagnostiką, ateinančių metų tyrimai parodys, ar šiuos matavimo metodus pavyks pritaikyti didesnio masto branduolių sintezės įrenginiuose.

Šaltiniai

  1. [1] [arXiv | 2026-10-28] Neutron-Lean D-3He Fusion by Asymmetric Enhancement of the Primary Reaction: A Spin-Polarized Non-Thermal Hot Tail
  2. [2] [Lrt.lt | 2026-10-28] Per 60 m. pasėliai prarado pusę maistinės vertės – tyrėjai perspėja apie rimtas rizikas
  3. [3] [Phys.org | 2026-10-28] Single X-ray pulse reveals plasma nanostructures across scales with one camera
  4. [4] [Phys.org | 2026-10-28] Scientists uncover new way to control magnetism and topology using light in atomically thin materials