《高能物理学杂志》上发表的一项理论研究表明，旨在产生清洁能源的核聚变反应堆可能会无意中产生暗物质候选粒子。这项由美国辛辛那提大学 Jure Zupan 教授领导的研究指出，轴子是由反应堆壁的相互作用产生的，而不是中心等离子体中的相互作用。这些假设的粒子被认为是暗物质的主要解释之一，暗物质约占宇宙质量的 84%。
分析的反应堆使用氘和氚作为燃料，并用锂包层来再生氚。在聚变反应期间，快中子逃离等离子体并与壁材料碰撞。
这些碰撞激发原子核，原子核返回基态时可以发射轴子。
反应器结构中的生产机制
聚变反应中释放的高能中子主要与壁中的锂和钢相互作用。
当中子被原子核捕获时，就会发生一个过程，使其激发并导致轴子发射。
另一个通道涉及中子的散射，中子失去速度并释放制动辐射，能够产生光粒子。
这些机制与太阳过程不同，允许在地面反应堆中检测到通量。
轴子作为暗物质的候选者
轴子是轻粒子，不带电荷，与普通物质的相互作用最小。
它们是量子色动力学问题的理论解决方案，并解释了在星系中观察到的引力效应。
尽管使用专用探测器进行了大量搜索，但迄今为止尚未得到证实。
该提案将法国 ITER 等反应堆转变为能源和粒子物理的双重工具。
实用检测方案
研究人员建议在距离反应堆约10米的地方安装重水箱。
在这些容器中，轴子可以与氘相互作用，将其分离成自由质子和中子，这是一种与太阳中微子等噪声不同的信号。
开启和关闭操作之间的比较将有助于隔离真实事件。
该方法需要聚变材料的精确核数据，而这些数据仍然部分未知。
使用现有反应器的优点
该方法利用了已经在建的聚变能源基础设施。
氘氚反应堆产生强烈的中子通量，优于类似功率的裂变反应堆。
在不改变核心设计的情况下，附近的探测器可以寻找新物理的迹象。
这项研究为补充当前暗物质搜索的实验铺平了道路。
与文化参考的联系
在聚变反应堆中产生轴子的想法间接出现在连续剧《生活大爆炸》的剧集中。
虚构人物试图解决这个问题，但由于仅考虑等离子体过程而失败。
目前的研究通过关注与墙壁的相互作用来解决这一限制。
这凸显了科学概念如何激发娱乐，反之亦然。
对未来项目的影响
ITER 和未来商业反应堆等项目可以从规划阶段就纳入探测器。
理论上，轴子或类似粒子的产生达到了在防护罩外可观察到的水平。
核模拟的改进将完善流量预测。
能源与研究的双重性强化了核聚变的科学价值。
- 锂俘获中子产生氚并激发原子核。
- 核激发导致轴子在特定跃迁时优先发射。
- 散射中的制动辐射有助于增加产量。
- 估计流量优于裂变反应堆中的同等过程。