Ένα σημαντικό βήμα για την κατανόηση της πυρηνικής σχάσης πραγματοποίησε διεθνής ομάδα φυσικών, καταγράφοντας σε ένα και μόνο πείραμα τις εκπομπές υψηλής ενέργειας ακτίνων γάμμα από περισσότερους από δώδεκα ασταθείς βαρείς ατομικούς πυρήνες. Τα αποτελέσματα αναμένεται να συμβάλουν στη βελτίωση των θεωρητικών μοντέλων που περιγράφουν τη σχάση, αλλά και στην ανάπτυξη ασφαλέστερων πυρηνικών αντιδραστήρων.
Πρωτοποριακή μέτρηση σε μία μόνο πειραματική διαδικασία
Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στις εγκαταστάσεις του επιταχυντή GANIL στη Γαλλία, όπου δέσμη ιόντων ουρανίου-238 προσέκρουσε σε στόχο βηρυλλίου-9, δημιουργώντας ασταθείς πυρήνες κουρίου-247. Οι πυρήνες αυτοί υπέστησαν σχεδόν αμέσως πυρηνική σχάση, παράγοντας δύο ελαφρύτερα θραύσματα.
Οι ερευνητές συνδύασαν τις δυνατότητες του μαγνητικού φασματομέτρου VAMOS++ με το σύγχρονο φασματόμετρο ακτίνων γάμμα PARIS. Με αυτόν τον τρόπο κατάφεραν να προσδιορίσουν με ακρίβεια τη μάζα και το ηλεκτρικό φορτίο των προϊόντων της σχάσης, ενώ παράλληλα κατέγραψαν τις ακτίνες γάμμα που εξέπεμπαν.
Το μυστήριο της υπερβολικής ακτινοβολίας
Η μελέτη επικεντρώθηκε σε ένα ερώτημα που απασχολεί εδώ και χρόνια τη φυσική των πυρήνων: γιατί ορισμένοι διεγερμένοι βαρείς πυρήνες εκπέμπουν μεγαλύτερες ποσότητες ιδιαίτερα ενεργητικών ακτίνων γάμμα από όσες προβλέπουν τα υπάρχοντα μοντέλα.
Οι θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι σημαντικό μέρος αυτής της επιπλέον ακτινοβολίας προέρχεται από τις λεγόμενες «πυγμαίες συντονίσεις». Το φαινόμενο εμφανίζεται σε πυρήνες με μεγάλη περίσσεια νετρονίων, όπου σχηματίζεται ένα «δέρμα νετρονίων» στην εξωτερική περιοχή του πυρήνα. Όταν ο πυρήνας διεγείρεται, τα νετρόνια αυτά ταλαντώνονται συλλογικά και κατά την απώλεια ενέργειας εκπέμπουν ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας.
Πολύτιμα δεδομένα για την πυρηνική φυσική και την αστροφυσική
Η ερευνητική ομάδα κατέγραψε δεδομένα για περισσότερα από δώδεκα ασταθή ισότοπα, πολλά από τα οποία δεν είχαν μελετηθεί ποτέ με αυτή τη μέθοδο. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα είναι ότι όλες οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν υπό ακριβώς τις ίδιες πειραματικές συνθήκες, επιτρέποντας ιδιαίτερα αξιόπιστες συγκρίσεις μεταξύ διαφορετικών πυρήνων.
Τα νέα στοιχεία αναμένεται να βοηθήσουν στη βελτίωση των μοντέλων της πυρηνικής σχάσης, συμβάλλοντας μακροπρόθεσμα στον σχεδιασμό πιο αποδοτικών και ασφαλέστερων πυρηνικών σταθμών, με μικρότερη παραγωγή μακρόβιων ραδιενεργών αποβλήτων. Παράλληλα, θα ενισχύσουν την έρευνα στην αστροφυσική, προσφέροντας ακριβέστερη εικόνα για τη δημιουργία των χημικών στοιχείων στο Σύμπαν, τις συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων και την εξέλιξη ακραίων κοσμικών φαινομένων.