Jediný experiment v GANILu po 50 letech rozluštil záhadu ‚gama hrbolu‘ při jaderném štěpení

Jak experiment probíhal

Tým ostřeloval terč z beryllia‑9 svazkem iontů uranu‑238, čímž vytvořil štěpící se jádra curia‑247. Aby zachytili jak identitu každého štěpného fragmentu, tak jeho emisi gama záření, propojili magnetický spektrometr VAMOS++ – který určuje hmotnost a náboj každého fragmentu – s detektorem gama záření PARIS. Toto spojení umožnilo současnou identifikaci každého fragmentu a jeho vysokoenergetického gama spektra událost po události .

Co zjistili

Dřívější studie mohly gama hrbol měřit pouze ze směsných zdrojů nebo jednotlivých izotopů. Tento experiment je prvním, který poskytl izotopickou identifikaci nadbytku napříč mnoha neutronově bohatými štěpnými fragmenty v jediném měření . Data ukazují, že síla gama hrbolu se významně liší izotop od izotopu v závislosti na nadbytku neutronů a struktuře jaderných slupek v blízkosti dvojnásobně magického jádra cínu‑132 .

Fyzikální původ: pygmy dipólová rezonance

Teoretické výpočty naznačují, že alespoň část nadbytku pochází z pygmy dipólové rezonance (PDR) – měkkého dipólového modu, při kterém neutronově bohatá vnější vrstva („neutronový obal“) kmitá proti protonově bohatému jádru . Síla PDR leží pod energií obří dipólové rezonance a je obzvláště výrazná u jader vzdálených od údolí stability . Toto spojení poskytuje přímý experimentální přístup k vlastnostem PDR v krátce žijících, neutronově bohatých jádrech, která nelze studovat běžnými reakcemi vyvolanými fotony nebo částicemi .

Důsledky pro modelování jaderných reaktorů

Gama hrbol přispívá nezanedbatelným množstvím vysokoenergetických fotonů při štěpení. Výpočty pro jaderné reaktory – týkající se depozice tepla, gama ohřevu konstrukčních materiálů a stínění – se spoléhají na přesná gama spektra ze štěpení . Nové izotopické mapování poskytuje fyzikálně fundovanější základ pro gama složku v hodnocených databázích jaderných dat, což může potenciálně zlepšit simulace reaktorové fyziky a bezpečnostní rezervy .

Nový nástroj pro studium exotických jader

Experiment ukázal, že štěpné reakce mohou sloužit jako univerzální nástroj k současnému osídlení mnoha neutronově bohatých jader a ke studiu jejich PDR prostřednictvím gama rozpadu . Tento přístup otevírá nový kanál pro zkoumání tloušťky neutronového obalu, chování symetriové energie a kolektivních dipólových excitací v exotických jádrech – veličin, které jsou důležité také pro pochopení kůr neutronových hvězd a procesu r‑nukleosyntézy .

Upozornění a další kroky

Publikované výsledky pocházejí z jediného experimentu a teoretické připsání PDR se opírá o srovnání s výpočty jaderné struktury. I když jsou důkazy silné, jsou zapotřebí další experimenty na různých štěpných systémech a přímá měření (γ,γ′) na stejných izotopech, aby se potvrdil přesný podíl PDR na hrbolu a vyloučily se jiné příspěvky, jako je statistické chvost obří dipólové rezonance nebo M1 přechody .