In einer bahnbrechenden Entwicklung für die Fusionsenergie haben Forscher am National Ignition Facility (NIF) neuartige physikalische Phänomene im Plasma der Trägheitsfusion (ICF) beobachtet. Diese Entdeckung, die im Januar 2025 gemeldet wurde, stellt einen entscheidenden Schritt im Verständnis der extremen Bedingungen dar, die denen des frühen Universums ähnlich sind.
Die von Prof. Jie Zhang vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Shanghai Jiao Tong Universität geleitete Studie zeigte signifikante Abweichungen in den Neutronenspektraldaten von hydrodynamischen Vorhersagen, was auf die Anwesenheit von supra-thermischen Deuterium-Tritium (DT) Ionen hinweist. Diese Ergebnisse stellen bestehende Modelle auf der Grundlage von Maxwell'schen Verteilungen in Frage, indem sie zuvor übersehene kinetische Effekte und Nichtgleichgewichtsmechanismen hervorheben.
Das Forschungsteam entwickelte ein Modell für große Winkelkollisionen, das die abgeschirmten Potentiale von Hintergrundionen und die relative Bewegung von Ionen während binärer Kollisionen integriert. Dieser Ansatz erfasst effektiv die komplexe Ionenkinetik und führte zur Schaffung des hybriden Partikel-in-Cell LAPINS-Codes, der hochpräzise Simulationen von ICF brennenden Plasmen ermöglicht.
Wesentliche Fortschritte dieser Forschung umfassen:
Eine Verbesserung der Zündzeit um etwa 10 Pikosekunden.
Die Entdeckung von supra-thermischen Deuteriumionen unterhalb einer Energieschwelle von etwa 34 keV.
Fast doppelt so hohe erwartete Spitzenwerte der Alpha-Partikeldichten.
Eine Erhöhung der Alpha-Partikeldichten im Hotspot-Zentrum um etwa 24 %.
Die Übereinstimmung zwischen den Neutronenspektralanalysen des NIF und den kinetischen Simulationen untermauert die Gültigkeit dieser Ergebnisse und zeigt signifikante Abweichungen, die mit steigendem Ertrag zunehmen. Diese Forschung verbessert nicht nur die Interpretation experimenteller Ergebnisse, sondern eröffnet auch neue Wege zur Verfeinerung von Zünddesigns und zur Erforschung von Kernbrennplasmen.
Diese Einblicke in die komplexe Physik von Kernbrennplasmen könnten potenziell zu Fortschritten in der Fusionsenergietechnologie führen und den Weg für nachhaltige Energiequellen ebnen, die die Prozesse des frühen Universums nachahmen.