Mentre il nucleo si divide in due frammenti, subisce deformazioni che devono essere contabilizzate con precisione nei modelli per poter fare previsioni accurate. Credito: Rapporti scientifici
Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology hanno esteso un modello matematico esistente in modo che possa essere utilizzato per prevedere con maggiore precisione i prodotti delle reazioni di fissione.
La fissione nucleare è un processo mediante il quale il nucleo di un atomo viene diviso, generalmente con conseguente formazione di due atomi più piccoli e non necessariamente uguali (questo è chiamato fissione binaria perché ci sono due prodotti di fissione). Sebbene la fissione sia stata sfruttata per decenni per generare energia negli impianti nucleari a livello globale, la nostra comprensione e i modelli delle reazioni di fissione hanno ancora molte lacune.
Gli scienziati hanno osservato che ci sono quattro modalità di fissione distinte che indicano ampiamente quale tipo di specie nucleare sarà generata da un evento di fissione. Queste modalità sono legate alla forma dei due nuclei appena prima che il nucleo si divida completamente (scissione). Due di questi sono chiamati modi standard e sono asimmetrici; producono un nucleo più leggero e uno più pesante. Gli altri due sono chiamati modi di fissione super-lungo e super-corto, ed entrambi producono due nuclei quasi identici.
Un modello che è stato utilizzato per prevedere i prodotti di fissione (e la loro energia cinetica) per vari elementi pesanti coinvolge le equazioni di Langevin 3D. Queste equazioni 3-D si basano su tre variabili che sono definite per un nucleo atomico che sta per subire la fissione binaria:la distanza tra i centri dei frammenti sinistro e destro, la deformazione delle loro punte, e la loro differenza di massa o volume, chiamata asimmetria di massa.
I prodotti di fissione per 256 fm e 258 Fm sono mostrati, secondo il loro numero di massa. Questi grafici mostrano la discrepanza tra i dati calcolati utilizzando il modello 3D (linee blu) e i dati sperimentali (punti rossi). In contrasto, i dati calcolati con il modello 4D (linee nere) sono più fedeli ai risultati sperimentali. Credito: Rapporti scientifici
Sebbene questo modello sia stato utilizzato con successo per molti nuclei pesanti, le sue previsioni non corrispondevano ai dati sperimentali per alcuni fermio ( 256 fm e 258 Fm) e mendelevio ( 260 Md) isotopi.
Nel tentativo di migliorare questo modello e usarlo per capire cosa sta succedendo a quegli isotopi, un team di scienziati del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), compreso il Prof. Satoshi Chiba, usate equazioni di Langevin 4-D. Le equazioni per questo nuovo modello, che è mostrato in Fig. "Modello per un nucleo in procinto di subire fissione", scambiato la variabile che indicava la deformazione delle punte del frammento con due variabili indipendenti che consentivano a queste deformazioni di essere diverse invece di essere sempre simmetriche.
Questo ulteriore grado di libertà ha permesso al nuovo modello di spiegare ciò che in precedenza era un mistero quando si passava al modello precedente. Dati sperimentali (mostrati in Fig. Dati sperimentali e calcolati per i prodotti di fissione di 256 fm e 258 Fm) per 256 Fm ha mostrato che i modi di fissione standard erano dominanti per questo isotopo, considerando che i dati per 258 fm e 260 Md ha mostrato che le modalità di fissione super-corte erano molto più probabili. Il team ha dedotto che le forme dei due frammenti proprio al momento della scissione hanno avuto un effetto molto rilevante sui prodotti di fissione e sulla loro energia cinetica, e che costringere la deformazione delle punte dei frammenti ad essere uguali ha portato a previsioni imprecise. "Le equazioni di Langevin 3-D non sono in grado di risolvere la transizione osservata tra le modalità di fissione standard e super-corta per questi isotopi. Ora, con il nostro modello Langevin 4-D, questo è risolto, " spiega Chiba.
Il team prevede di migliorare ulteriormente questo modello per aumentare il suo potere predittivo per le reazioni di fissione di molti nuclei. Utilizzando modelli come questo, i ricercatori possono studiare e interpretare più facilmente i fenomeni legati alla fissione, come le suddette transizioni per gli isotopi di fermio. "Il nostro modello ci ha permesso di spiegare come avvengono queste transizioni in modo coerente, " conclude Chiba. Inutile dire che una migliore comprensione e una migliore modellizzazione della fissione nucleare sono fondamentali se vogliamo continuare a migliorare la tecnologia nucleare esistente per garantire fonti energetiche affidabili.
