カリフォルニア大学デイビス校とローレンスバークレー国立研究所の科学者たちは、周囲の材料が低エネルギー下での核融合の頻度を大幅に増加させることを発見しました。この研究は、材料駆動型融合と呼ばれる全く新しい研究分野を開拓しました。「研究者たちは、もはや融合の過酷な条件に耐える材料を設計するだけでなく、特定の条件下で反応を促進する材料を設計できるようになりました。これは、触媒が化学プロセスを加速するのと同様です」と、チームはプレスリリースで述べています。
ホスト材料が融合に与える影響をテストするために、チームは重水素の一種である重水素を、チタンとプラチナで作られた薄い金属箔に封入しました。彼らは、金属に重水素をロードするために2つの異なる技術を使用しました。その後、彼らは重水素イオンビームを直接ロードされた箔材に照射し、異なるエネルギーレベルでの融合の頻度を測定し、周囲の金属がない開放空間での反応と比較しました。標準的な物理理論では、衝突エネルギーが2.5キロ電子ボルト（keV）未満になると、融合率が急激に低下すると予測されています。しかし、チームの測定は予想外の結果を示しました：これらの低エネルギー下で、融合率はむしろプラットフォームを維持していました。
特定の金属サンプルでは、融合の発生頻度がホスト材料のない反応よりも約100億倍高いことが示されました。これは1の後に18のゼロが続く数です。この反応率の大幅な上昇は、ホスト金属の亜原子構造に関連しています。金属内の電子や箔材構造内の微小な欠陥は、正電荷を持つ重水素核を囲む保護膜のような役割を果たします。「材料内の電子と欠陥は、重水素核間の反発静電力を部分的に遮蔽し、より近づいて融合するのを容易にする可能性があります」と研究者たちは説明しています。
材料の内部構造、電子の挙動、全体的な組成を調整することで、研究者たちはこれらの核反応が発生する難易度に影響を与えることができました。エネルギーを生成するだけでなく、低エネルギー融合を制御することは、中性子と呼ばれる亜原子粒子を生成します。「この効果をよりよく理解できれば、特定の条件下で融合率に影響を与える新しい材料の工学への扉が開かれます」と、バークレー研究所の加速器技術および応用物理（ATAP）部門の融合科学およびイオンビーム技術チームの責任者であるアラン・パーソード（Arun Persaud）はまとめています。
彼はさらに、「将来の進展により、よりコンパクトで効率的な中性子発生器が可能になるかもしれません。これには、貨物検査、惑星科学、医療治療およびイメージングなど、さまざまな応用があります」と付け加えました。
融合と予測モデルの間の橋
チームの作業は、固体金属が核相互作用に与える影響をテストするための信頼性が高く再現可能な方法を確立し、融合科学、材料科学、化学の間に新しいつながりを創造しました。この発見は、アイオワ州エイムズ国立研究所の作業と関連しており、同研究所は材料が核操作をどのように処理するかをよりよく理解することに取り組んでいます。そこでは、科学者たちが「DuctGPT」と呼ばれる人工知能ツールを拡張しており、活発な融合エネルギーシステム内での材料の挙動の予測を改善しています。
融合システムを運用することは、周辺部品に厳しい操作条件をもたらします。これには、強い熱、放射線、機械的圧力が含まれます。DuctGPTに新しいデータとモデルを追加することで、研究者たちはこれらの極端な力の下で異なる材料が時間とともにどのように変化するかをよりよく予測できるようになります。