A tudomány újraírja a múltat: 86 év után igazolták a fúzió kulcsát

A Physical Review C szakfolyóiratban közzétett munka megerősítette, hogy Arthur Ruhlig, a Michigan Egyetem fizikusának 1938-as kísérlete és DT-fúzióra vonatkozó megfigyelése valós alapokon nyugodott, és ez a folyamat azóta is kulcsfontosságú a nukleáris energia és a nemzetbiztonság terén – mondta Mark Chadwick, a Los Alamos-i Laboratórium tudományos igazgatóhelyettese.

„Ruhlig abból indult ki, hogy a DT-fúzió nagyon magas valószínűséggel bekövetkezik, ha a deutériumot és tríciumot elég közel hozzuk egymáshoz” – foglalta össze Chadwick. „A kísérlet megismétlése lehetővé tette, hogy helyretegyük Ruhlig munkáját, és pontosan értékeljük az eredményeit – amelyek lényegében helyesek voltak. A nukleáris üzemanyagokkal foglalkozó fizika azóta is ennek az ötletnek a jelentőségét bizonyítja.”

A DT-fúziós reakció központi szerepet játszik a fúziós technológiák fejlesztésében – akár katonai elrettentő erőként, akár a polgári energiatermelés céljaira. Például az amerikai National Ignition Facility is a DT-fúziót vizsgálja ehhez.

A DT-fúzió nyomában

2023-ban Chadwick és kollégái (köztük az elméleti fizikus Mark Paris) D‑fúzió történetének első időszakát kutatták. Ismeretes, hogy Emil Konopinski 1942-ben javasolta DT‑fúzió használatát az atombombaprogram keretében, de Chadwickék kíváncsiak voltak: honnan jött ez a felismerés? Az archívumban rátaláltak Konopinski 1986‑os hangfelvételére, amelyen az emlékeit idézi fel – és többször hivatkozik a korábbi, „háború előtti” kutatásokra.

A trícium megjelenése 1934‑ben történt Rutherford laborjában. Paris ezt követően belelapozott a korabeli szakirodalomba, és rátalált Ruhlig 1938-as levelére a Physical Review‑ben. Ruhlig eredetileg deutérium-deutérium reakciókat vizsgált gamma-sugárzás szempontjából, de a cikk végén megemlítette, hogy rendkívül energikus protonokat figyelt meg – pontosabban DT‑fúziós neutronok által kisodort protonokat egy cellofán fóliában. Konklúziója: a DT‑reakció „rendkívül valószínű”, és kb. ezer energetikus protonból egy származik fúzióból. Ez az állítás azonban nem kapott túl nagy visszhangot a korabeli szakirodalomban – de úgy tűnik, ez volt az az ösztönző koncepció, amit Konopinski később felkapott.

A kísérlet megismétlése

Chadwick és Paris munkájáról értesítve a Los Alamos vezetője, Thom Mason úgy döntött: nem csak elméletszerű számítások kellenek, hanem valódi kísérlet is. A Los Alamos csapata együttműködött a Duke Egyetem Triangle Universities Nuclear Laboratory laboratóriumával, hogy modern eszközökkel ismételjék meg Ruhlig kísérletét.

A Tandem gyorsítón egy 3,5 MeV-es deutériumnyalábot hoztak létre, és pontosan reprodukálták Ruhlig 500 keV‑es impulzusát. A célpálca deuteriummal dúsított foszforsavat tartalmazott, a neutronokat pedig folyadékos szcintillátorral detektálták.

Werner Tornow, a Duke laboratórium szakértője elmondta: „Első alkalommal volt lehetőség alacsony‑energiás nukleáris létesítményben DT‑fúziós kísérletet végezni — és bár történeti érdeklődés is motivált bennünket, fontos, hogy tovább bővítsük a DT‑fúzióval kapcsolatos képességeinket.”

Ruhlig megállapítása megerősítve

Az eredmények azt mutatták: valóban létrejöttek sekundáris DT‑reakciók, de jóval kevesebb neutron keletkezett, mint Ruhlig eredeti becslése alapján. Ennek oka lehet, hogy a levelében nem pontosan részletezte a módszert, így a modern replikáció során nehéz volt pontosan rekonstruálni. Mégis, az új kísérlet számításai és mért eredményei összhangban voltak – amivel igazolták Ruhlig megfigyeléseinek alaposságát.