Ett nästan bortglömt fysikexperiment från 1938 kan ha haft en avgörande roll i att forma dagens forskning kring kärnfusion. I en ny studie har forskare från Los Alamos National Laboratory, i samarbete med Duke University, återskapat fysikern Arthur Ruhligs experiment – ett arbete som kan förändra hur vi ser på fusionens historia.
Arthur Ruhlig, en relativt okänd fysiker, rapporterade redan 1938 observationer som tydde på deuterium-tritiumfusion (DT-fusion), nästan tio år innan dess betydelse stod klar inom kärnfysiken. Den moderna forskargruppen har inte bara bekräftat Ruhligs ursprungliga resultat, utan också visat hur hans arbete kan ha inspirerat viktiga insikter inom Manhattanprojektet under 1940-talet.
– Som vi har upptäckt var Ruhligs bidrag att han formulerade hypotesen att DT-fusion sker med mycket hög sannolikhet när deuterium och tritium kommer tillräckligt nära varandra, säger Mark Chadwick, forskningschef vid Los Alamos.
– Genom att återskapa hans experiment kunde vi tolka hans resultat och förstå vilken roll han spelade – och se att hans slutsatser i huvudsak var korrekta. Utvecklingen av kärnbränslefysiken har visat på de djupgående konsekvenserna av Arthur Ruhligs klarsynta observation.
Betydelsen av DT-fusion för dagens forskning
Deuterium-tritiumfusion är en central process både inom kärnkraftsforskning för civil energi och inom nationella säkerhetsprogram. Vid forskningsanläggningar som National Ignition Facility är just DT-reaktionen i fokus när man försöker bemästra kontrollerad fusion.
Forskargruppen vid Los Alamos har därför velat förstå varifrån denna idé ursprungligen kom och hur tidiga forskare identifierade dess potential. När Chadwick och hans kollegor 2023 arbetade med en historisk översikt om fusionens utveckling fann de spår som pekade tillbaka till Ruhligs brev till Physical Review från 1938.
En viktig pusselbit är mötet vid Berkeley sommaren 1942, där fysikern Emil Konopinski föreslog att DT-fusion skulle kunna användas som en del av en fissionsbaserad vapenreaktion – en insikt som senare fick stor betydelse för Manhattanprojektet.
Chadwick och hans team ville veta hur Konopinski fått denna idé. Under sina arkivstudier fann de en inspelning från 1986 där Konopinski själv talade om "förkrigsforskning" som utgångspunkt. Inspelningen har nu digitaliserats och publicerats på YouTube, vilket ger en unik inblick i resonemangen från denna tid.
Arthur Ruhligs experiment och hans dialog med Bethe
Ruhligs experiment handlade om att bombardera deuterium med deuteroner och analysera gammastrålningsmönster. I ett till synes obetydligt stycke i slutet av sin artikel beskrev han hur han observerat protoner med mycket hög energi – något han tolkade som resultatet av en sekundär reaktion: tritium-deuteriumfusion som gav upphov till neutroner.
Dessa neutroner hade i sin tur stött bort protoner från en tunn cellofanfolie i en molnkammare. Ruhlig diskuterade sina observationer med fysikern Hans Bethe, som vid den tiden var en av världens främsta teoretiska fysiker. Ruhlig drog slutsatsen att DT-reaktionen ”måste vara en synnerligen sannolik process” och han gjorde en kvantitativ uppskattning av antalet energirika protoner.
– Vår forskning visar att Ruhligs observationer inte bara var korrekta, utan också låg före sin tid, säger teoretiske fysikern Mark Paris, en av forskarna bakom den nya studien.
Fusionsforskningens framtid och historiska lärdomar
Kärnfusion betraktas fortfarande som en av de mest lovande, men samtidigt svårbemästrade, teknikerna för framtidens energiförsörjning. Till skillnad från fission – där kärnor klyvs – bygger fusion på att lättare atomkärnor slås samman och frigör energi. DT-reaktionen är särskilt attraktiv, eftersom den har relativt låg tändningstemperatur och hög energiproduktion jämfört med andra fusionstyper.
Den historiska kartläggningen av Ruhligs experiment är mer än bara en forskningsanekdot. Genom att förstå hur tidiga forskare resonerade kring sannolikheten för fusion och vilka experimentella metoder som användes, kan dagens forskare dra lärdomar.
Forskningen vid Los Alamos och Duke University understryker hur historiska experiment fortfarande kan bidra med värdefulla insikter i en tid när fusion återigen är i fokus, både som potentiell energikälla och som strategisk teknologi.
Källa: Physical Review C / Los Alamos National Laboratory
