科学家第一次在类似于恒星内部的极端情况下对热核反应成功进行了测量。
来源：劳伦斯利弗莫尔国家实验室
我们宇宙中很多的元素是通过核聚变反应在极端的恒星等离子环境下形成的。恒星内部的极端环境使得科学家在此之前无法对恒星内部核反应进行测量。现在，科学家找到了新的方法。
来自于劳伦斯利弗莫尔国家实验室（简称：LLNL）、俄亥俄大学、麻省理工学院（简称：MIT）以及洛斯阿拉莫斯国家实验室（简称：LANL）的科学家，组成了一个等离子物理学、核天体物理学和激光核聚变领域的跨学科研究团队，第一次在相当于巨大恒星核心的环境下对核反应进行了测量。研究成果于2017年8月7日发表于《自然·物理》杂志上。
该试验在相当于巨大恒星的核心高能量密度等离子环境下，对核反应截面进行了热核测量，这里所说的核反应截面，是一个表示入射粒子和靶核之间发生某一特定核反应几率大小的物理量。试验中所模拟的巨大恒星约为太阳的10到40倍大。在极端等离子环境下，氢同位素被压缩了一千倍直到相当于固体铅的密度，温度也加热到5000万开尔文温度。开尔文温度常用符号T表示，其单位为开尔文，开尔文温度和人们习惯使用的摄氏温度相差一个常数273.15，即T=t+273.15（t表示摄氏温度）。这种极端的恒星环境会引发超新星爆发，这也是宇宙中最大规模的恒星爆炸。
“一般情况下，这类核天体物理学试验是在实验室中通过加速器来进行，但要在低能量条件下实现核聚变又非常困难，”劳伦斯利弗莫尔国家实验室物理学家、研究报告首席作者丹·凯西表示：“因为反应截面会随着反应物能量减少而快速降低，束缚电子屏蔽效应修正就变得非常重要，同时，来自于地球及宇宙的背景源辐射也会给试验带来很多困难。”
图中左边是太阳，右边是美国国家点火装置（简称：NIF）引发的内爆，太阳比点火装置内爆在质量上大10的38次方倍，在体积上大10的13次方倍，两者之间尽管在大小及规模方面存在巨大差别，但是，美国国家点火装置引发的内爆同样可用于构建恒星内部极端环境，来更好地进行深入研究。来源：劳伦斯利弗莫尔国家实验室
劳伦斯利弗莫尔国家实验室的美国国家点火装置开展了该项试验工作，世界上也只有这套试验设备可实现恒星及巨行星核心部位的温度及压力条件。通过间接驱动方式，美国国家点火装置引发了一次充气舱内爆，内爆释放的能量将充气舱加热到极高温度，将气体压缩到极高密度，形成核聚变所需的温度及压强条件。
“该试验的一项重要成果是，我们在完全不同的情况下，对加速器反应情况成功实现了多次测量，”凯西说：“这为我们提供了一种新的方法，来对核天体物理学领域的很多不同反应及过程进行研究，以前，通过其他方法对这些反应及过程进行研究存在着很多的困难。”
“更为重要的是，某些核反应只存在于恒星内部的极端等离子环境中，在此之前，科学家无法对此类核反应进行测量，这一新方法的出现，就为将来的试验测量工作打下了基础。其中一个例子就是等离子体电子屏蔽，这一过程在核聚变中非常重要，但还未在实验条件下得到过观测，”凯西补充说。
目前，研究团队已经研发了一种测量技术，由麻省理工学院的玛丽亚·加图·约翰逊带领的相关研究团队也正在探索其他核反应方法，尝试测量等离子体电子对核反应的影响。
来源：
https://news.cgtn.com
译者：吕珊珊
责编：钟狼将
宇宙中第一批恒星的诞生
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