Bilim adamları, malzemelerin çevresinin düşük enerjilerde nükleer füzyonun ne sıklıkla gerçekleştiğini dramatik bir şekilde artırabileceğini keşfetti. Bu çalışma, malzeme tabanlı füzyon adında tamamen yeni bir araştırma alanı açıyor. Araştırmacılar, malzemeleri sadece füzyonun zor koşullarına dayanmak için tasarlamak yerine, belirli koşullarda reaksiyonu artırmak için malzemeler tasarlayabilirler, benzer şekilde katalizörlerin kimyasal süreçleri hızlandırdığı gibi.
Deyteron, yani ağır hidrojen, titanyum ve paladyumdan yapılmış ince metal folilerine yerleştirildi. Deyteron iyonları, metal içeren ve içermeden farklı enerji seviyelerinde doğrudan yüklenmiş folilere ateşlendi. Standart fizik teorisi, çarpışma enerjileri 2.5 kiloelektronvolt (keV) altına düştüğünde füzyon hızlarının keskin bir şekilde düştüğünü öngörür. Ancak, ekip, bu düşük enerjilerde, füzyon hızının bir platoya dönüştüğünü ve bazı metal örneklerinde, malzeme olmadan yapılan reaksiyonlara göre yaklaşık bir kuintilyon kat daha sık füzyon gerçekleştiğini gözlemledi.
Bu büyük artış, ev sahibi metallerin alt atomik yapısından kaynaklanıyor. Metal içindeki elektronlar ve folin yapısındaki küçük kusurlar, pozitif yüklü deyteron çekirdekleri etrafında bir kalkan gibi davranıyor. Metal içindeki elektronlar ve kusurlar, deyteron çekirdekleri arasındaki itici elektrostatik kuvvetleri kısmen koruyarak, birbirlerine yakınlaşmalarını ve füzyon yapmalarını kolaylaştırıyor.
Malzemenin iç yapısını, elektron davranışını ve genel karışımını değiştirerek, araştırmacılar bu nükleer reaksiyonların ne kadar kolay gerçekleşeceğini etkileyebilir. Düşük enerji füzyonunu kontrol etmek, nötron adında alt atomik parçacıklar üretir. Bu etkiyi daha iyi anlarsak, belirli koşullarda füzyon hızını etkileyecek yeni malzemeler tasarlamaya kapı açar. Bu, daha kompakt ve verimli nötron üreticilerinin gelişimine yol açabilir, bunların kullanım alanları arasında kargo taraması, gezegen bilimi ve tıbbi tedavi ve görüntüleme yer alır.
Bu çalışma, katı metallerin nükleer etkileşimlere nasıl etkide bulunduğunu test etmek için güvenilir ve tekrarlanabilir bir yol kurar, füzyon bilimi, malzeme bilimi ve kimya arasında yeni bir bağlantı oluşturur. Bu keşif, Ames Ulusal Laboratuvarı'nda nükleer işlemleri nasıl yöneteceğini daha iyi anlamak için yapılan çalışmalarla bağlantılıdır. Oradaki bilim adamları, aktif füzyon enerji sistemleri içindeki malzemelerin davranışları hakkında tahminleri iyileştirmek için DuctGPT adında bir yapay zeka aracını genişletiyorlar.