核聚变是一种将较轻的原子核融合以生成更重的原子核的过程，这一过程伴随着巨大的能量释放。作为一种清洁且理论上资源无限的能源形式，核聚变具有极其广阔的应用前景。尽管如此，在我们地球上实现核聚变的过程仍面临着重大的科学和技术挑战。最主要的难题之一是，由于原子核带有正电荷，它们之间存在强烈的静电排斥力。这种排斥力在原子核接近库仑势垒时尤为显著，此时，同位旋的特性变得尤为关键，它在低能量条件下对原子核的聚变过程起着决定性的作用。
同位旋作为一种与强相互作用密切相关的量子数，它的引入是为了阐释质子与中子在原子核内部所承受的相似作用力，尽管二者电荷各异。在这一理论框架下，质子和中子被视作同一种粒子——核子的两种不同表现形式，而同位旋则是区分这两者的关键属性。一个原子核的总同位旋值，是其内部所有核子同位旋的累加结果。
同位旋构成，也就是原子核内质子与中子的相对数量比例，对于深入理解并推动可控核聚变技术的发展具有极其重要的意义。通过精确调控参与聚变的原子核的同位旋构成，科学家们可以更有效地操纵聚变过程，从而在较低的能量阈值下实现核聚变，这为开发更安全、更高效的聚变能源提供了可能。因此，深入理解同位旋构成对于实现核聚变技术的突破，具有不可或缺的重要性。
一篇发表在《物理评论快报》的研究深入探讨了核聚变过程中的复杂相互作用。该研究采用了微观的密度约束时间依赖Hartree-Fock理论（DC-TDHF），对同位旋动力学如何影响同位素链上原子核的聚变反应进行了细致分析。研究还深入探讨了这些动力学与核变形（即原子核偏离理想球形的现象）之间的相互依赖性。
关键的发现集中在等矢量行为上，这一术语描述了质子和中子含量的差异，它在能量密度泛函（EDF）理论框架下起着关键作用。研究指出，在非对称系统中，质子与中子数量的不等，导致等矢量动力学在降低原子核聚变所需克服的势垒方面发挥了显著作用。这种效应有效地提高了在较低能量下发生聚变的可能性。
此外，研究还发现，富中子核（即中子数量多于质子的原子核）在同位旋效应的影响下，在聚变势垒上表现出更大的降低。这是因为在中子富集的原子核中，质子间的排斥静电力减弱，使得它们能够更接近，从而增加了强核力克服静电障碍并促进聚变的机会。这一发现与当前探索使用这些富含中子的同位素在更低温度和压力下实现聚变的研究相吻合，这对设计实用的聚变反应堆具有潜在的优势。
然而，同位旋组成并不是唯一影响聚变势垒的因素。核变形，即原子核偏离完美球形的现象，也对聚变过程有重要影响。同位旋和核变形之间的相互作用可能会进一步调节聚变反应。为了深入理解和利用这些因素以优化低能核聚变反应，对这种复杂相互作用的进一步研究是必要的。
对同位旋组成在低能核聚变中作用的持续研究，为这项技术的未来带来了光明的前景。通过精确调控参与聚变的原子核的同位旋构成，科学家们有望在更低的能量水平上实现聚变。这不仅有助于开发更高效、更紧凑的聚变反应堆，还可能为探索替代燃料循环提供新途径，这些循环有望解决传统聚变方法中燃料稀缺的问题。
参考链接：
- https://www.163.com/dy/article/J5C3MS3O0553Y0XV.html
- https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.108.L051602