Dodano: 26 luty 2021r.

Nowe spojrzenie na mechanizm rozszczepienia jąder atomowych

Międzynarodowy zespół naukowców, z badaczami z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego w składzie, opisał moment pędu w rozszczepieniu jąder atomowych. Proces rozszczepienia jądra atomowego uczeni porównali do zbyt mocno nadmuchanego balonu, którego kawałki, po pęknięciu, odlatują w przeciwne strony, wykonując przy tym różne powietrzne ewolucje.

Nowe spojrzenie na mechanizm rozszczepienia jąder atomowych

 

Wyniki badań, które ukazały się na łamach pisma "Nature", są efektem współpracy fizyków z 37 ośrodków naukowych z 16 krajów, w tym także z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, tworzących grupę badawczą Nu-ball. Głównym autorem publikacji jest Jonathan N. Wilson z francuskiego Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJC) w Orsay. W badania zaangażowani byli naukowcy z UW: m.in. dr hab. Agnieszka Korgul, dr hab. Krzysztof Miernik, dr. Victor Gauadilla oraz doktorantki Monika Piersy i Ewa Adamska. O publikacji poinformowano w komunikacie na stronach internetowych Uniwersytetu Warszawskiego.

Pękający balon

"Kiedy zbyt mocno nadmuchany balonik pęka, to jego kawałki odlatują w przeciwne strony, wykonując przy tym przeróżne powietrzne ewolucje. Podobnie przebiega proces rozszczepienia jądra atomowego, w którym ulega ono podziałowi na dwie części, czemu towarzyszy emisja kilku neutronów. Wydzielona w tym procesie energia objawia się nie tylko w postaci energii kinetycznej powstałych fragmentów, ale także w formie rotacji i innych wzbudzeń jądrowych. Jednym z towarzyszących zjawisk jest emisja kwantów promieniowania gamma, które unoszą nie tylko nadmiar powstałej energii, ale i moment pędu (czyli hamują obroty)" - czytamy w komunikacie UW.

Początkowy moment pędu w rozszczepiającym się systemie wynosi praktycznie zero i mechanizm jego powstawania stanowił niezbadaną eksperymentalnie zagadkę od ponad 40 lat. W szczególności nie było jasne, czy pojawia się on przed, czy po podzieleniu się jądra atomowego. Do przełomowego rozstrzygnięcia tej kwestii doprowadziła seria pomiarów przeprowadzonych w ośrodku badawczym IJC.

Eksperymenty

W laboratorium IJC przeprowadzono eksperymenty z wykorzystaniem skolimowanej wiązki neutronów szybkich. Neutrony trafiały na tarcze zawierające materiały rozszczepialne: izotop uranu (238U) lub toru (232Th) i indukowały rozszczepienie jąder atomowych. W dodatkowym pomiarze zbadano także spontaniczne rozszczepienie izotopu kalifornu (252Cf). Promieniowanie gamma, towarzyszące reakcjom rozszczepienia się jąder, było rejestrowane przez układ około 200 detektorów. Udało się zrekonstruować kaskady przejść jądrowych w około 30 fragmentach rozszczepienia.

Wyniki analizy własności emitowanego promieniowania jednoznacznie wskazały na brak korelacji pomiędzy momentami pędu powstałych fragmentów we wszystkich zbadanych przypadkach. Oznacza to, że w przeciwieństwie do większości dotychczas stosowanych modeli rozszczepienia, źródła momentu pędu są osobne i musi on powstawać po rozszczepieniu.

Mechanizm opisujący powstawanie momentu pędu

Co więcej, pomiędzy powstającymi fragmentami nie ma przekazu informacji. "Uzyskane wyniki pozwoliły zaproponować mechanizm opisujący powstawanie momentu pędu w rozszczepieniu. Zakłada on, że podczas rozszczepienia się jądra atomowego najpierw powstaje przewężenie, a następnie podział na dwa, niezależne układy o bardzo wydłużonym kształcie. Nowe systemy dążą do kształtu kulistego, a energia związana z deformacją przekształca się na wzbudzenie powstałych jąder atomowych. Zaproponowany przebieg rozszczepienia tłumaczy statystyczny charakter wzbudzeń, niezależny dla każdego z fragmentów" - czytamy na stronie UW.

Rezultaty uzyskane przez fizyków z grupy Nu-ball mają zastosowanie w modelowaniu reaktorów jądrowych, w którym istotną składową transportu ciepła stanowi promieniowanie gamma emitowane przez fragmenty rozszczepienia oraz krotność jego występowania. Są one również istotne w planowaniu eksperymentów nastawionych na wytworzenie nowych superciężkich pierwiastków oraz egzotycznych nuklidów o dużym nadmiarze neutronów.

 

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl, Uniwersytet Warszawski, fot. Birdeesign/ Luc Petizon/IJC