В Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL, США) впервые экспериментально измерили ядерные реакции в плазме высокой плотности энергии, которая по своим параметрам близка к условиям внутри звёзд и при термоядерном взрыве.

Джон Деспотопулос, радиохимик LLNL и руководитель исследовательской группы, отметил, что получение экспериментальных данных в такой горячей и плотной плазме позволит уточнить существующие модели ядерных реакций, используемые в астрофизике и для поддержания ядерного арсенала.

Ключевую роль в проведении этих измерений сыграл доступ к самому мощному в мире лазерному комплексу, расположенному в Национальном комплексе зажигания (NIF) LLNL. NIF позволяет создавать плазму с температурой и давлением, сравнимыми со звёздными. Это — крупнейшая в мире лазерная установка, предназначенная для термоядерного зажигания. В 2022 году на NIF впервые в истории был получен термоядерный синтез с положительным выходом энергии.

Сегодня NIF — единственное место, где можно провести некоторые из измерений в условиях, имитирующих подземные ядерные испытания.

Первой задачей исследователей стала разработка методов введения радиоактивных изотопов в мишенные капсулы NIF. Капсулы имеют размер с ластик карандаша и заполняются через крошечное отверстие размером с крупинку соли. Из-за этого химический состав должен быть чрезвычайно чистым. Деспотопулос и его коллега Келли Кмак разработали радиохимические методы очистки целевого материала. Они использовали вакуумные или микроинъекционные методы для добавления субнанограммовых количеств легирующего материала на внутреннюю поверхность каждой капсулы, стараясь не засорить отверстие.

В ходе экспериментов на NIF лазеры нагревали капсулы до экстремально высоких температур, вызывая термоядерные реакции с образованием нейтронов. После обстрела команда анализировала остатки с помощью различных диагностических инструментов, включая Центр ядерного счёта LLNL, обеспечивающий высокочувствительные измерения радиации.

В дальнейшем планируется протестировать новый подход к измерению ядерных реакций с другими радионуклидами. Кроме того, учёные надеются измерить реакцию захвата нейтронов, что важно для исследований звёздного нуклеосинтеза (процесс образования химических элементов в звёздах в результате ядерных реакций). Также изучается возможность получения радионуклидов для будущих экспериментов на NIF на Установке для получения редких изотопных пучков.