GANIL में एक ही प्रयोग ने सुलझाया परमाणु विखंडन के 'गामा बंप' का 50 साल पुराना रहस्य

प्रयोग कैसे काम करता है

टीम ने बेरिलियम-9 लक्ष्य पर यूरेनियम-238 आयनों की एक किरण दागी, जिससे क्यूरियम-247 नाभिक बने जो विखंडन (fission) से गुज़रे। प्रत्येक विखंडन टुकड़े की पहचान और उसके गामा किरण उत्सर्जन दोनों को कैप्चर करने के लिए, उन्होंने VAMOS++ चुंबकीय स्पेक्ट्रोमीटर — जो प्रत्येक टुकड़े के द्रव्यमान और आवेश की पहचान करता है — को PARIS गामा-किरण डिटेक्टर ऐरे के साथ जोड़ा। इससे एक साथ, घटना-दर-घटना, प्रत्येक टुकड़े और उसके उच्च-ऊर्जा गामा स्पेक्ट्रम की पहचान संभव हो पाई ।

उन्होंने क्या पाया

पिछले अध्ययन केवल मिश्रित स्रोतों या अलग-अलग समस्थानिकों से गामा बंप को माप सकते थे। यह प्रयोग पहली बार है जिसने एक ही माप में कई न्यूट्रॉन-समृद्ध विखंडन टुकड़ों में इस अधिकता की समस्थानिक पहचान प्रदान की । आंकड़ों से पता चलता है कि गामा बंप की तीव्रता एक समस्थानिक से दूसरे में काफी भिन्न होती है, जो न्यूट्रॉन की अधिकता और दोगुने जादुई नाभिक टिन-132 (tin‑132) के पास शेल संरचना पर निर्भर करती है ।

भौतिक उत्पत्ति: पिग्मी डाइपोल रेजोनेंस

सैद्धांतिक गणनाएं संकेत देती हैं कि यह अतिरिक्त उत्सर्जन कम से कम आंशिक रूप से पिग्मी डाइपोल रेजोनेंस (PDR) से उत्पन्न होता है — एक नरम डाइपोल मोड जिसमें न्यूट्रॉन-समृद्ध बाहरी परत (न्यूट्रॉन त्वचा) प्रोटॉन-समृद्ध कोर के विरुद्ध दोलन करती है । PDR की तीव्रता विशाल डाइपोल रेजोनेंस (Giant Dipole Resonance) के नीचे होती है और यह विशेष रूप से स्थिरता की घाटी (valley of stability) से दूर नाभिकों में स्पष्ट होती है । यह संबंध अल्पजीवी, न्यूट्रॉन-समृद्ध नाभिकों में PDR गुणों तक प्रत्यक्ष प्रायोगिक पहुंच प्रदान करता है, जिनका पारंपरिक फोटॉन- या कण-प्रेरित अभिक्रियाओं द्वारा अध्ययन नहीं किया जा सकता ।

परमाणु रिएक्टर मॉडलिंग के लिए निहितार्थ

गामा बंप विखंडन में उच्च-ऊर्जा फोटॉन उत्सर्जन की एक गैर-नगण्य मात्रा में योगदान देता है। रिएक्टर गणनाएं — जैसे कि ऊष्मा जमाव (heat deposition), संरचनात्मक सामग्रियों में गामा-हीटिंग, और परिरक्षण डिजाइन — विखंडन से सटीक गामा-किरण स्पेक्ट्रा पर निर्भर करती हैं । यह नया समस्थानिक मानचित्रण मूल्यांकित परमाणु डेटा पुस्तकालयों (evaluated nuclear data libraries) में गामा-किरण घटक के लिए एक अधिक भौतिक रूप से आधारित आधार प्रदान करता है, जिससे संभावित रूप से रिएक्टर-भौतिकी सिमुलेशन और सुरक्षा मार्जिन में सुधार हो सकता है ।

विदेशी नाभिकों के अध्ययन के लिए एक नया उपकरण

यह प्रयोग प्रदर्शित करता है कि विखंडन अभिक्रियाएं एक साथ कई न्यूट्रॉन-समृद्ध नाभिकों को जन्म देने और उनके PDR का गामा-क्षय के माध्यम से अध्ययन करने के लिए एक बहुमुखी उपकरण के रूप में काम कर सकती हैं । यह दृष्टिकोण न्यूट्रॉन-त्वचा की मोटाई, सममिति-ऊर्जा व्यवहार, और विदेशी नाभिकों में सामूहिक डाइपोल उत्तेजनाओं की जांच के लिए एक नया चैनल खोलता है — ये वे मात्राएं हैं जो न्यूट्रॉन तारों की पपड़ी (neutron-star crusts) और आर-प्रक्रिया न्यूक्लियोसिंथेसिस पथ (r-process nucleosynthesis path) को समझने के लिए भी महत्वपूर्ण हैं ।

सावधानियां और अगले कदम

प्रकाशित परिणाम एक ही प्रयोग से हैं, और PDR के लिए सैद्धांतिक आरोपण परमाणु-संरचना गणनाओं के साथ तुलना पर निर्भर करता है। जबकि साक्ष्य मजबूत हैं, गामा बंप के सटीक PDR अंश की पुष्टि करने और सांख्यिकीय विशाल-डाइपोल-रेजोनेंस पूंछ या M1 संक्रमण जैसे अन्य योगदानों को खारिज करने के लिए विभिन्न विखंडन प्रणालियों पर आगे के प्रयोगों और उन्हीं समस्थानिकों पर प्रत्यक्ष (γ,γ′) मापों की आवश्यकता है ।