Hvorfor producerer nuklear fission pæreformede kerner?

Nuklear fission er en proces, hvor en tung kerne splittes i to. De fleste aktinidkerner (plutonium, uran, curium, osv.) fission asymmetrisk med et stort fragment og et lille. Empirisk, det tunge fragment præsenterer i gennemsnit et xenonelement (med ladningstal Z =54) uafhængigt af den indledende fissioneringskerne. At forstå mekanismen, der bestemmer antallet af protoner og neutroner i hvert af de to fragmenter, har været et mangeårigt puslespil.

Det var forventet, at deformationen af ​​fragmenterne kunne spille en rolle. Ja, atomkernerne kan have forskellige former afhængigt af deres indre struktur. Nogle af dem er sfæriske, de fleste af dem deformeres som en rugbybold, og nogle få har en pæreformet deformation. Kernernes indre struktur varierer som funktion af antallet af protoner og neutroner, der sammensætter kernerne.

For dynamisk at beskrive fissionsprocessen, den nyeste teknologi inden for atomteori er blevet brugt af Guillaume Scamps (University of Tsukuba) og Cédric Simenel (Australian National University). Denne simulering af nuklear fission bruger kvantemekanikken til at tage hensyn til nukleonernes bevægelse i kernerne og bruger passende forenklinger til at løse mangekroppsproblemet.

Ved hjælp af den model, i tilfælde af 240Pu, det har vist sig, at fissionsfragmenterne fortrinsvis dannes med en pæreformet deformation (se figur). Denne pæreformede deformation skyldes den stærke Coulomb-frastødning af de to fragmenter. Denne indledende deformation favoriserer kerner, der er pæreformede i deres grundtilstand. Dette er tilfældet med Xenon på grund af nogle interne struktureffekter forbundet med et antal proton Z =54.

Denne mekanisme er stærk nok til stærkt at påvirke fordelingen af ​​nukleoner i flere fissioneringssystemer. Denne mekanisme er fundet i simuleringer af fission på 230Th, 234U, 236U, 246Cm og 250Cf i overensstemmelse med de eksperimentelle observationer.

Disse fund kan forklare i fremtiden, overraskende nylige observationer af asymmetrisk fission af lettere end blykerner, og forbedre forudsigelser af fissionsegenskaber for eksotiske kerner, der påvirker overflod af elementer produceret i de astrofysiske processer.