مفاعلات الاندماج قد تنتج جسيمات المادة المظلمة، كما يظهر الفيزيائيون ScienceAle

يمكن للمفاعلات المصممة لإنتاج الطاقة من اندماج الذرات أن يكون لها فائدة علمية غير متوقعة.

وقد أظهر فريق دولي من الباحثين أن جسيمات القطاع المظلم منخفضة الكتلة، مثل الأكسيون المفترض، ربما تتشكل في مرافق الاندماج ــ ليس كمنتجات ثانوية لعملية الاندماج، ولكن من خلال التفاعلات بين النيوترونات عالية الطاقة وجدران المفاعل.

ويحول اقتراحهم ما كان يُعتقد سابقًا أنه مستحيل إلى مسار نظري واقعي وخطوة واعدة نحو الأبحاث التجريبية المستقبلية.

متعلق ب: مفاعل الاندماج الكوري يسجل رقمًا قياسيًا جديدًا في الحفاظ على درجة حرارة البلازما عند 100 مليون درجة

المادة المظلمة هو واحد من أكبر علامات الاستفهام الكونية، الحل النظري للغز الملحوظ.

جوهر الأمر هو أن كمية المادة الطبيعية في الكون منخفضة جدًا بحيث لا يمكنها إنتاج كمية الجاذبية التي نراها. هناك شيء ما لم نحدده بعد وهو ربط الكون معًا بالجاذبية في شبكة واسعة، دون إنتاج أو امتصاص أي ضوء يمكننا اكتشافه، أو التفاعل كثيرًا على الإطلاق مع أي شيء آخر خارج الجاذبية.

نحن نسمي هذا شيئا المادة المظلمة. ويقدر العلماء أن المادة العادية تمثل حوالي 16% فقط من المادة في الكون، أما الباقي 84% منها عبارة عن مادة مظلمة.

هناك العديد من المرشحين النظريين لهويتها، من الثقوب السوداء المجهرية لضعف التفاعل جزيئات ضخمة إلى جزيئات خفيفة للغاية، بما في ذلك أكسيونات – أحد المتنافسين الرئيسيين.

إن فكرة أن الأكسيونات أو الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات يمكن أن تنشأ من الاندماج النجمي ليست فكرة جديدة، مع وجود عديد آليات مقترح. ومن المنطقي إذن أن تظهر المحاور أيضًا في مفاعل الاندماج.

ولكن هناك مشكلة كبيرة ومدمرة: إن كمية الأكسيونات المتوقعة من النجم، ناهيك عن مفاعل أصغر بكثير، منخفضة للغاية بحيث لا يمكن اكتشافها.

“بعد الانتهاء من هذا العمل، علمنا أن فكرة مماثلة لإنتاج الأكسيونات في مرافق الاندماج تمت مناقشتها في الحلقات SE501-SE503 من عرض المسرحية الهزلية ال الانفجار العظيم نظرية“،” يكتب فريقا بقيادة الفيزيائي جوري زوبان من جامعة سينسيناتي في ورقة بحثية جديدة.

“فكر شيلدون كوبر وليونارد هوفستادتر في إنتاج الأكسيونات في البلازما، والذي للأسف لا يؤدي إلى تدفق أكسيونات كبير بما فيه الكفاية.”

بدلًا من النظر إلى البلازما، فكر زوبان وفريقه في نهج آخر: امتصاص التدفق الهائل للنيوترونات عالية الطاقة بواسطة الليثيوم في الغطاء التكاثري لمفاعل اندماج الديوتيريوم والتريتيوم.

وإليك كيف يعمل. في هذا النوع من مفاعل الاندماج بطانية تربية عبارة عن طبقة سميكة من مادة غنية بالليثيوم ملفوفة حول الوعاء المفرغ الموجود في قلب المفاعل. والغرض من هذا ذو شقين. عندما تدور البلازما حولها، فإنها تنتج تدفقًا هائلاً من النيوترونات النشطة للغاية. تصطدم هذه بالبطانية، مما يساعد على تحويل الطاقة الحركية التي تحملها إلى حرارة لإنتاج الطاقة.

وفي الوقت نفسه، يتم التقاط النيوترونات بواسطة نوى الليثيوم، والتي تنقسم بعد ذلك إلى الهيليوم والتريتيوم. ويمكن للمفاعل أن يستخدم هذا التريتيوم لتزويد نفسه بالوقود بشكل أكبر. يطلق عليه بطانية التكاثر لأنه “يولد” التريتيوم. إنه أنيق جدًا.

وتأكد الباحثون من أن التفاعلات مع بطانية التكاثر وجدران المفاعل قد تنتج جسيمات أخرى أيضًا.

يُظهر تحليلهم الرياضي أن الأكسيونات أو الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات يمكن أن تنشأ أيضًا في تفاعلات التقاط النيوترونات، أو من إطلاق الطاقة عندما يتباطأ النيوترون بعد تشتيت جسيم آخر، وهي ظاهرة تُعرف باسم إشعاع الفرامل النيوترونية.

ووجد الباحثون أن التدفق النظري للجسيمات الشبيهة بالأكسيونات من هذه العمليات أعلى بكثير من التدفق الناتج عن الاندماج، وربما يصل إلى مستويات يمكن اكتشافها خارج جدران المفاعل. يقدم عملهم طريقة جديدة للبحث عن حلول لأسرار المادة المظلمة.

“الشمس جسم ضخم ينتج قدرًا كبيرًا من الطاقة. وفرص إنتاج جسيمات جديدة من الشمس والتي ستتدفق إلى الأرض أكبر من إنتاجها في مفاعلات الاندماج باستخدام نفس العمليات التي تحدث في الشمس.” يقول زوبان.

“ومع ذلك، لا يزال من الممكن إنتاجها في المفاعلات باستخدام مجموعة مختلفة من العمليات.”

وقد تم نشر البحث في مجلة فيزياء الطاقة العالية.