Yksi koe GANILissa ratkaisi 50 vuotta vanhan ydinfission gammakohouman mysteerin

Miten koe toteutettiin

Ryhmä pommitti beryllium‑9 -kohdetta uraani‑238 -ionisuihkulla, mikä synnytti halkeavia curium‑247 -ytimiä. Jotta jokaisen fissiofragmentin identiteetti ja sen gammasäteilyemissio saatiin talteen, he yhdistivät VAMOS++ -magneettisen spektrometrin – joka tunnistaa jokaisen fragmentin massan ja varauksen – PARIS-gammasäteilyilmaisimien kanssa. Tämä mahdollisti samanaikaisen, tapahtumakohtaisen tunnistuksen jokaisesta fragmentista ja sen korkeaenergisestä gammaspektristä .

Mitä he löysivät

Aiemmat tutkimukset pystyivät mittaamaan gammakohouman vain sekoitetuista lähteistä tai yksittäisistä isotoopeista. Tämä koe on ensimmäinen, joka tarjoaa isotooppisen tunnistuksen ylijäämästä monien neutronirikkaiden fissiofragmenttien osalta yhdessä mittauksessa . Data osoittaa, että gammakohouman voimakkuus vaihtelee merkittävästi isotoopista toiseen riippuen neutroniylimäärästä ja kuorirakenteesta lähellä kaksi kertaa maagista tina‑132 -ydintä .

Fysikaalinen alkuperä: pygmi-dipoliresonanssi

Teoreettiset laskelmat osoittavat, että ainakin osa ylijäämästä syntyy pygmi-dipoliresonanssista (PDR) – pehmeästä dipolimoodista, jossa neutronirikas ulkokerros (neutroninilma) värähtelee protonirikasta ydintä vastaan . PDR-voimakkuus sijaitsee jättiläisdipoliresonanssin alapuolella ja on erityisen voimakas ytimissä, jotka ovat kaukana stabiilisuuden laaksosta . Tämä yhteys tarjoaa suoran kokeellisen pääsyn PDR-ominaisuuksiin lyhytikäisissä, neutronirikkaissa ytimissä, joita ei voida tutkia tavanomaisilla fotoni- tai hiukkassäteilyreaktioilla .

Vaikutukset ydinreaktorien mallinnukseen

Gammakohouma tuottaa merkittävän määrän korkeaenergistä fotoni emissiota fissiossa. Reaktorilaskelmat lämmön kertymiselle, gammakuumenemiselle rakennemateriaaleissa ja suojauksen suunnittelulle perustuvat tarkkoihin gammasäteilyspektreihin fissiosta . Uusi isotooppikartoitus tarjoaa fysikaalisesti perustellumman pohjan gammasäteilykomponentille arvioiduissa ydintietokannoissa, mikä saattaa parantaa reaktorifysiikan simulaatioita ja turvallisuusmarginaaleja .

Uusi työkalu eksoottisten ytimien tutkimiseen

Koe osoittaa, että fissioreaktiot voivat toimia monipuolisena työkaluna, joka mahdollistaa monien neutronirikkaiden ytimien samanaikaisen populaation ja niiden PDR:n tutkimisen gammahajoamisen kautta . Tämä lähestymistapa avaa uuden kanavan neutroninilman paksuuden, symmetriaenergian käyttäytymisen ja kollektiivisten dipoliviritysten tutkimiseen eksoottisissa ytimissä – suureita, jotka ovat tärkeitä myös neutronitähtien kuorten ja r-prosessin nukleosynteesipolun ymmärtämisessä .

Varovaisuutta ja seuraavia vaiheita

Julkaistut tulokset ovat peräisin yhdestä kokeesta, ja teoreettinen yhteys PDR:ään perustuu vertailuun ydinfysikaalisiin laskelmiin. Vaikka todisteet ovat vahvoja, tarvitaan lisäkokeita erilaisilla fissiojärjestelmillä ja suoria (γ,γ′) -mittauksia samoilla isotoopeilla, jotta PDR:n tarkka osuus kohoumasta voidaan vahvistaa ja sulkea pois muita mahdollisia tekijöitä, kuten jättiläisdipoliresonanssin tilastollinen häntä tai M1-siirtymät .