Introduktion
I juni 2025 publicerade ett forskarlag från Los Alamos National Laboratory och Triangle Universities Nuclear Laboratory en studie där de återskapade Arthur J. Ruhligs i det närmaste bortglömda experiment från 1938 – den allra första observationen av deuterium-tritium-fusion (DT-fusion). Genom att göra om Ruhligs enkla men inflytelserika gamma-strålningsförsök med moderna metoder bekräftade de att Ruhlig kvalitativt hade rätt i sin hypotes om DT-fusionens sannolikhet, även om han överskattade neutronyielden (Phys.org, doi.org).
Metod
- Historisk bakgrund och teori
- Forskarna började med att spåra Ruhligs ursprungliga brev till Physical Review från augusti 1938, där han beskrev hur han genomförde en deuteron-deuteron-interaktion och i sista stycket nämnde energirika protoner orsakade av sekundära DT-reaktioner (link.aps.org).
- Experimentell replikation
- Accelerator: Användning av ett Tandemacceleratorsystem vid Triangle Universities Nuclear Laboratory, inställt på en 3,5 mm deuteron-stråle (~500 keV).
- Målmaterial: Deutererad fosforsyra, precis som Ruhligs ursprungliga cellofan-inramning.
- Detektion: Flytande scintillatorteknik för att mäta neutronutbyten i sekundärreaktionen (reaction-in-flight).
- Jämförande analys
- Både neutronyielden (antal neutroner från DT-fusion vs. DD-reaktioner) och de teoretiska beräkningarna från modern kärnfysik jämfördes med Ruhligs ursprungliga uppskattningar.
Resultat
- Kvantitativ avvikelse: Ruhlig överskattade förhållandet mellan triton-deuterium- och deuteron-deuterium-neutronutbyten; moderna mätningar visade ett betydligt lägre värde (doi.org).
- Kvalitativ bekräftelse: Trots avvikelsen bekräftar replikationsexperimentet att Ruhlig faktiskt observerade sekundära DT-fusioner, som han beskrev som “exceedingly probable.”
- Ny metodik: Den reviderade experimentella tekniken ger även en ny ansats för att bestämma lågenergetisk tritons bromsverkan i deuterium-kompositer, vilket är viktigt för design av framtida fusionsanläggningar.
Begreppsförklaringar
- Deuteron: Atomkärnan i deuterium, bestående av en proton och en neutron.
- Triton: Atomkärnan i tritium, bestående av en proton och två neutroner.
- Neutronyield: Antalet neutroner som produceras i en given kärnreaktion; nyckeltal för fusionseffektivitet.
- Reaction-in-flight: En sekundär reaktion där exempelvis neutroner från en initial DD-reaktion ger upphov till DT-fusion.
- Scintillatorteknik: Detektionsmetod där neutroner exciterar ett material (scintillator) som sedan avger ljus, vilket omvandlas till elektriska signaler.
Sammanfattning
Forskarna lyckades med en modern replikation av Arthur Ruhligs 1938-experiment och bekräftade att han kvalitativt rätt identifierade DT-fusion som “exceedingly probable,” även om han överskattade kvoten neutronutbyten. Den nya experimentella metoden erbjuder samtidigt en värdefull väg för att studera tritons bromsning i fusionsbränslen, vilket kan gynna både säkerhetsanalys och utveckling av framtida energi- och vapenteknologier.
Taggar
- Kärnfysik
- Fusionsforskning
- Vetenskapshistoria
Källor
- Tornow, W. & Finch, S. W. Modern version of the uncited 1938 experiment that first observed DT fusion. Phys. Rev. C 111, 064618 (2025). DOI: 10.1103/PhysRevC.111.064618 (doi.org)
- Lock, L. Physicists recreate forgotten experiment observing fusion. Phys.org, 25 juni 2025. Hämtad 5 augusti 2025 från Phys.org-nyhet (Phys.org)
- Ruhlig, A. J. Search for Gamma-Rays from the Deuteron-Deuteron Reaction. Phys. Rev. 54, 308 (1938). DOI: 10.1103/PhysRev.54.308 (link.aps.org)
- Wikipedia. Deuterium–tritium fusion. Hämtad 5 augusti 2025 från https://en.wikipedia.org/wiki/Deuterium–tritium_fusion (Wikipedia)
About the Author
