Satu Eksperimen di GANIL Akhirnya Menguak Misteri 50 Tahun 'Gamma Bump' dalam Fisi Nuklir

Bagaimana eksperimen itu bekerja

Tim tersebut membombardir target berilium-9 dengan berkas ion uranium-238, menciptakan inti curium-247 yang kemudian mengalami fisi. Untuk menangkap identitas setiap fragmen fisi dan emisi sinar gamma-nya secara bersamaan, mereka menggabungkan spektrometer magnetik VAMOS++, yang mengidentifikasi massa dan muatan setiap fragmen, dengan susunan detektor sinar gamma PARIS. Ini memungkinkan identifikasi simultan dan peristiwa demi peristiwa dari setiap fragmen dan spektrum gamma energinya .

Apa yang mereka temukan

Studi sebelumnya hanya bisa mengukur gamma bump dari sumber campuran atau isotop individual. Eksperimen ini adalah yang pertama yang memberikan identifikasi isotopik dari kelebihan ini pada banyak fragmen fisi kaya neutron dalam satu pengukuran . Data menunjukkan bahwa kekuatan gamma bump sangat bervariasi dari satu isotop ke isotop lainnya, tergantung pada kelebihan neutron dan struktur kulit di dekat inti 'sangat ajaib' timah-132 (tin-132) .

Asal-usul fisik: resonansi dipol kerdil (PDR)

Perhitungan teoretis mengindikasikan bahwa setidaknya sebagian dari kelebihan tersebut berasal dari resonansi dipol kerdil (PDR)—sebuah mode dipol 'lunak' di mana lapisan terluar yang kaya neutron (kulit neutron) berosilasi melawan inti yang kaya proton . Kekuatan PDR berada di bawah resonansi dipol raksasa (Giant Dipole Resonance) dan sangat menonjol pada inti yang jauh dari lembah kestabilan . Hubungan ini memberikan akses eksperimental langsung ke properti PDR pada inti kaya neutron yang berumur pendek, yang tidak dapat dipelajari melalui reaksi konvensional yang diinduksi foton atau partikel .

Implikasi untuk pemodelan reaktor nuklir

Gamma bump menyumbang sejumlah emisi foton berenergi tinggi yang tidak dapat diabaikan dalam fisi. Perhitungan reaktor untuk deposisi panas, pemanasan gamma pada material struktural, dan desain perisai radiasi sangat bergantung pada spektrum sinar gamma yang akurat dari fisi . Pemetaan isotopik baru ini menyediakan dasar yang lebih kokoh secara fisik untuk komponen sinar gamma dalam pustaka data nuklir yang dievaluasi, yang berpotensi meningkatkan simulasi fisika reaktor dan margin keselamatan .

Alat baru untuk mempelajari inti eksotis

Eksperimen ini menunjukkan bahwa reaksi fisi dapat berfungsi sebagai alat serbaguna untuk mempopulasi banyak inti kaya neutron secara simultan dan mempelajari PDR mereka melalui peluruhan gamma . Pendekatan ini membuka saluran baru untuk menyelidiki ketebalan kulit neutron, perilaku energi simetri, dan eksitasi dipol kolektif pada inti eksotis—kuantitas yang juga penting untuk memahami kerak bintang neutron dan jalur nukleosintesis r-process .

Catatan dan langkah selanjutnya

Hasil yang dipublikasikan berasal dari satu eksperimen, dan atribusi teoretis kepada PDR bergantung pada perbandingan dengan perhitungan struktur nuklir. Meskipun buktinya kuat, eksperimen lebih lanjut pada sistem fisi yang berbeda dan pengukuran langsung sinar gamma pada isotop yang sama diperlukan untuk mengkonfirmasi fraksi PDR yang tepat dari tonjolan ini dan untuk mengesampingkan kontribusi lain seperti ekor statistik resonansi dipol raksasa atau transisi M1 .