Ядерный дневник протонов экспресс
Кастрюля с кипящим супом бурлит, и хочется узнать, насколько горячи отдельные капли внутри. Но термометр можно окунуть только с краю, где уже не так бурно. Примерно так же обстоят дела с лазерным термоядерным синтезом: мощный лазерный импульс бьёт в мишень, рождая облако быстрых протонов. Поймать их для измерений удаётся лишь снаружи, когда они вылетают и уже потеряли часть энергии.
Авторы новой работы нашли способ заглянуть внутрь «кастрюли». Они превратили саму мишень в измерительный прибор. В мишени содержится бор — тот самый, что входит в состав буры и глазных капель. Когда быстрый протон врезается в ядро бора, иногда получается радиоактивный углерод-11, а иногда — бериллий-7. Эти новорождённые атомы живут недолго и испускают характерное излучение, которое можно сосчитать уже после выстрела. Чем энергичнее были протоны, тем больше рождается углерода-11 по сравнению с бериллием-7. Получаются своего рода радиоактивные «весы» для энергии.
Собрав данные по выходу изотопов, физики построили энергетический спектр протонов. Он хорошо описывается экспоненциальным спадом: чем выше энергия, тем меньше частиц. Заодно удалось уточнить число главных термоядерных реакций, где протон расщепляет бор на три альфа-частицы. Раньше это число оценивали косвенно, теперь — через побочный канал с известной точностью.
Так мишень из пассивной болванки превратилась в ядерный дневник. Он хранит историю каждого протонного удара. И если раньше экспериментаторы напоминали поваров, пробующих суп только с поверхности, теперь они могут зачерпнуть самую гущу.
Углерод-11, который рождается внутри мишени, используют в медицине для ПЭТ-сканирования — он накапливается в опухолях и подсвечивает их на томографе.
В романе «Марсианин» астронавт использует радиоизотопный термоэлектрический генератор для обогрева — похожий принцип превращения ядерной энергии в тепло, только в статье энергия протонов измеряется, а не используется.