Neredeyse bir asırdır unutuldu, 'kayıp' bir füzyon atılımı ortaya çıkarıldı ve fizikçiler onu yeniden yarattı

1938'de Michigan Üniversitesi fizikçisi Arthur Ruhlig tarafından yapılan bir deney, dikkat çekici bir kazara keşfe yol açtı: Deuterium-Trityumun (DT) ilk kaydedilmiş gözlemi füzyon.

Ruhlig keşfini bildirdi ve o zamanlar karakterize ettiklerini detaylandırdı. gama ışını deney, yayınlanan editöre bir mektupta Fiziksel İnceleme. Yine de deneyin çığır açan doğasına rağmen, o zamanlar büyük ölçüde göz ardı edildi ve Bilim Annals tarihinden sadece başka bir kayıp fıkra oldu.

Yani, şimdiye kadar. Duke Üniversitesi ile işbirliği içinde Los Alamos Bilim Adamları ekibinin çalışması sayesinde, Ruhlig'in 1938'den unutulmuş deneyi ortaya çıkarıldı ve tekrarlandı, yine de bir şekilde ortaya çıktı ve yine de bir Kayıp keşfi ortaya çıkardı. nükleer fizik.

Keşif, daha geniş tarihsel füzyon kaydında DT füzyonunun kökenini izlemek için son bir çabanın bir parçası olarak yapıldı. Şu anda modern ekipman ve teorik araçlar kullanılarak çoğaltılmış olan deney, Los Alamos ekibinin, DT füzyonunun DT füzyonunun deuterium ve trityum çekirdekleri arasındaki etkileşimler sırasında yüksek olasılıkla ortaya çıktığını doğrulamasına izin verdi - şimdi her iki temelde nükleer enerji gelişimi Ve Ulusal Savunma Teknolojiler.

Füzyon araştırmasında unutulmuş bir bölüm, yeniden keşfedildi

Bugün DT füzyon reaksiyonu, füzyon enerjisi Modern'de teknolojiler ve önemli bir rol oynar nükleer caydırıcılık. Bu modern uygulamalardaki önemli rolüne rağmen, bu tepkinin ilk kanıtının nereden kaynaklandığı hakkında uzun zamandır devam etmişti.

Bu tür sorular, 2023'te nükleer füzyonun erken tarihine derinlemesine giren Los Alamos fizikçileri Mark Chadwick ve meslektaşı Mark Paris'in zihnindeydi. J. Robert Oppenheimer liderliğindeki bir konferans sırasında fizikçi Emil Konopinski'nin 1942 1942 DT Füzyonunu Onaylandırması gibi bilinen kilometre taşlarını yeniden ziyaret ederken, Konopinski'yi bu erken bir anlama, özellikle de dt füzyonun potansiyel kullanımlarını öngören bir reaksiyonun solunumu içeren bir konuya yönlendiren şey?

Manhattan projesinin sadece birkaç ay önce başladığı göz önüne alındığında, DT füzyonunu sürdürme seçimi kesinlikle tesadüfi olurdu. Ancak, Chadwick, Paris ve meslektaşları yakında bunun hiç böyle olmadığını belirlediler.

Arşiv aramaları unutulmuş bir ipucu ortaya çıkarır

Gizeme daha derin bir dalış, Chadwick'i gece geç saatlerde bir araştırmanın potansiyel bir ipucu ortaya çıkardığı Ulusal Güvenlik Araştırma Merkezi arşivlerine yönlendirdi: Konopinski'nin DT Fusion'a olan benzersiz ilgisini “savaş öncesi” araştırmalara aktardığı 1986 ses kaydı.

“Savaş öncesi çalışmadan, Deuterium'un hidrojen-3 ile reaksiyonunun çok daha fazla enerji ürettiğini ve daha büyük bir kesiti olduğunu bildim,” Konopinski duyulabilir Kayıtta diyor. “Deuterium ile Deuterium'dan daha kolay olur.”

“Bunları hatırladım,” dedi Konapinski. “Reaksiyon oranları hakkında bu sürekli konuşmalar yaptık ve bu reaksiyon oranının çok iyi olduğunu biliyordum. Çok hızlı bir tane.”

Konapinski'nin “savaş öncesi çalışma” içeren hatırlamasına dayanarak, Chadwick ve meslektaşları, Deuterium'u deuteronlarla bombardımur ederken yüksek enerjili proton emisyonlarını içeren çalışmalarını tartışarak Arthur Ruhlig'in 1938 tarihli mektubunu izleyebildiler.

Ruhlig, mektubunun sonuna doğru, gözlemlediği alışılmadık enerjik protonların trityum, yerinde oluşan ve deuterium içeren ikincil reaksiyonların sonucu olduğunu belirtti. DT füzyonunun “son derece olası bir olması gerektiği” sonucuna varmış ve reaksiyon oranını protonların verimlerine dayanarak tahmin eder.

Kayıp ama unutulmamış fizik

Ruhlig'in çalışmaları sonunda tarihe kaybolmuş olabilir, ancak tamamen unutulmamıştı. Bir şey varsa, görünüşe göre karşılaşanlar üzerinde oldukça bir izlenim bıraktı, bu da muhtemelen bu tür “savaş öncesi iş” hakkında okumayı hatırlayacak olan Konopinski'yi içeriyordu.

Potansiyel bağlantıya dayanan Chadwick ve meslektaşları, hem Konopinski hem de Ruhlig'in 1930'larda Michigan Üniversitesi doktora öğrencileri olduğunu, Ruhlig'in özel bir konuşmasında da bahsedilen Ruhlig'in makalesinde de belirtilen Hans Bethe ile bağlantıları olduğunu belirttiler. DT tepkisi, Ruhlig, “son derece olası bir şey olmalı” sonucuna vardı.

1938 deneyini yeniden yaratmak

DT Fusion'ın keşifinin muhtemel kökenlerini en eski savaş öncesi köklerine kadar izledikten sonra, Chadwick ve Paris için bir sonraki adım 1938'den itibaren orijinal deneyi yeniden yaratmaktı. Bunu başarmak için, ekibi modern fiziksel donanımları kullanarak deneyi yeniden simülasyonlar üzerinde canlandırmak yerine yeniden yaratmaya teşvik eden Los Alamos Lab Direktörü Thom Mason'a yaklaştılar.

Bu, ekibin modern ekipman ve son teknoloji ürünü hassasiyet kullanarak Ruhlig'in kurulumunu başarılı bir şekilde yeniden inşa ettiği Kuzey Carolina'daki Triangle Universities Nükleer Laboratuvarı'ndaki Duke Üniversitesi fizikçileriyle işbirliğine yol açtı.

Bunu başarmak için, laboratuvarın en düşük işletim gücüne ayarlanan tandem hızlandırıcısından 3,5 mm'lik bir Deuteron ışını kullandılar. Daha sonra, ekip, 1938'de kullanılana benzer şekilde kirişi tenerlenmiş bir fosforik asit hedefine yönlendirdi. Ruhlig'in orijinal kiriş ortamını taklit etmek için, ekibin ikincil DT füzyon reaksiyonlarından imza nötron emisyonlarını izlemesine izin veren bir sıvı sintilatör nötron dedektörü ile birlikte bir kobalt alaşımlı folyo kullanıldı.

Duke Üniversitesi liderliği, “Ulusal ateşleme tesisindeki atalet hapsetme füzyon çabalarında olduğu gibi füzyon deneylerinin aksine, ilk kez düşük enerjili bir nükleer fizik tesisinde, bir DT füzyon deneyi, trityumda düzenlenen ilk deuterium-deuterium etkileşimini takiben ikincil bir reaksiyon olarak gerçekleştirebildik” dedi.

Tornow, “Bu çalışma fizik tarihi hakkında bazı ilgi çekici soruları cevaplamaya yardımcı oluyor, ancak DT füzyonu ile çalışma yeteneğimizi çok daha zorlu bir ortamda genişletmede de etkili” dedi.

Ruhlig'in bulguları doğrulandı

Temel olarak, ekibin çalışması, bir uyarı ile bu tür deney koşullarında ikincil DT reaksiyonlarının meydana geldiğini doğrulamıştır: Ruhlig, bu reaksiyonların sıklığını fazla tahmin etmiş gibi görünmektedir. Yine de, orijinal 1938 mektubu, hassasiyetini belirlemek için ayrıntılı metodolojiye sahip olmamasına rağmen, deneyinin modern çoğaltılması, Ruhlig'in orijinal tahminleri için yakın bir eşleşen sonuçlar üretti.

Chadwick yaptığı açıklamada, “Ruhlig'in füzyon oranının modern anlayışımıza karşı tutarsızlığına bakılmaksızın, çoğaltmamız, DT Fusion'ın 'son derece muhtemel' olduğunu söylediğinde en azından niteliksel olarak doğru olduğuna şüphe bırakmıyor.

Chadwick, “Ruhlig'in DT Fusion'ın kazara gözlemlenmesi, sonraki Manhattan proje kesit ölçümleri ile birlikte, enerji projelerine odaklanan Tokamaks'ta DT füzyonunun barışçıl uygulamasına katkıda bulundu.

“Sanırım hepimiz Arthur Ruhlig'i devam eden, hayati araştırmalara önemli bir katkıda bulunarak tarihin dışında tekrar kaldırmaktan gurur duyuyoruz” dedi.

Buna ek olarak, Ruhlig'in öncü çalışmalarına son bir haraç olarak ekip, Fiziksel İncelemedeki son çalışmalarının sonuçlarını detaylandıran üç yeni makaleden birini yayınladı - Ruhlig'in 1938 mektubunu 87 yıl önce ilk basan dergi.

O kağıt20 Haziran 2025'te iki ek makale olan “DT Fusion Tarihinde Kayıp Ayrıntı” ile birlikte “DT füzyonunu ilk gözlemleyen Unclited 1938 deneyinin modern versiyonu” yayınlandı. görünen Bugün fizikte ve "erken nükleer füzyon kesiti 1934-1952 ve bugünün EndF verileriyle karşılaştırma," yayınlanmış içinde Füzyon Bilimi ve Teknolojisi.

Micah Hanks, Debey'in genel yayın yönetmeni ve kurucu ortağıdır. E -posta ile ulaşılabilir [email protected]. Çalışmasını takip et micahhanks.com Ve X'te: @Micahhanks.