Fängslad av spinnet – fissionsstudier med fällor

  • Period: 2021-01-01 – 2024-12-31
  • Finansiär: Vetenskapsrådet
  • Bidragstyp: Projektbidrag

Beskrivning

Projekttitel: Fängslad av spinnet – fissionsstudier med fällor
Huvudsökande: Stephan Pomp, avdelningen för tillämpad kärnfysik
Beviljade medel: 2 920 000 SEK för perioden 2021-2024

Åttio år efter upptäckten av kärnklyvning är det fortfarande mycket kring fission som både fascinerar och förbryllar. De grundläggande principerna är rätt enkla att förstå och redan ett par månader efter att upptäckten offentliggjorts publicerade Bohr och Wheeler en vetenskaplig artikel som förklarade många av de egenskaper och idéer som till stor del håller än idag. En fullständig teoretisk beskrivning av fission är emellertid extremt utmanande eftersom den inbegriper dynamiken hos hundratals starkt växelverkande partiklar. Senare tid har sett ett förnyat intresse för fissionsforskning och många framsteg har gjorts, både på den teoretiska och den experimentella sidan. Förutom nyfikenhet och intresse för fenomenet självt drivs denna utveckling på av fält för vilka en djupare förståelse av fissionsprocessen är av stor vikt. Ett exempel är astrofysikaliska studier av den så kallade r-processen, som är den process som anses ha skapat hälften av alla ämnen tyngre än järn i universum. Denna process avslutas med fission av extremt neutronrika tunga kärnor. Så exotiska kärnor går inte att skapa och studera i laboratorier men ökad kunskap om själva processen fission gör att vi kan utveckla bättre verktyg att beskriva och simulera sådana exotiska skeenden.

En av de obesvarade frågorna är vad som styr hur mycket excitationsenergi och impulsmoment de uppkomna fragmenten får. Den fissionerande kärnan är starkt deformerad och har ett överskott av energi, både i form av excitation av individuella kärnpartiklar och i form av kollektiva rörelser hos nämnda partiklar. En viktig fråga för att förstå fission är hur denna energi fördelas mellan de två fragmenten i fissionsögonblicket. Ännu mer okänt är uppkomsten av de, relativt sett, stora impulsmoment hos fragment som uppmätts experimentellt. Dessa uppkommer även i fragment från system som initialt saknar impulsmoment (som 252Cf). Exakt hur detta går till är fortfarande okänt.

Tyvärr är det inte möjligt att direkt observera fissionsförloppet experimentellt, eftersom det sker så oerhört snabbt. Istället är vi hänvisade till att studera olika egenskaper och observabler hos fragmenten efter fissionsögonblicket. Exempel på detta är fragmentens massa och laddningstal, antalet emitterade neutroner och antalet emitterade gammapartiklar av olika energier. Utifrån dessa observationer försöker vi sedan dra slutsatser om hur fissionen gick till, ungefär som när astrofysiker försöker dra slutsatser om hur det tidiga universum såg ut genom att studera den kosmiska bakgrundsstrålningen.

En annan fissionsobservabel som är mindre välstuderad än många andra är isomera utbyteskvoter, eller isomeric yield ratios (IYR) på engelska. IYR anger hur stor andel av en viss klyvningsprodukt, det vill säga en viss kärna, som hamnar i ett långlivat exciterat tillstånd jämfört med motsvarande kärnas grundtillstånd.

Eftersom dessa tillstånd har olika inneboende impulsmoment, så kallat spinn, säger denna kvot något om hur mycket impulsmoment det ursprungliga fragmentet hade vid klyvningsögonblicket, vilket ger en inblick i själva fissionsförloppet. För att dra slutsatser om detta krävs emellertid också avancerade modellberäkningar.

Traditionella mätmetoder för IYR bygger bland annat på att sönderfallskedjan för den studerade kärnan är välkänd. Vi föreslår en ny teknik för att mäta isomera utbyteskvoter genom att utnyttja de senaste landvinningarna inom atomära massmätningar. På grund av att de två tillstånden vi vill studera har olika energi, har de också olika massa, enligt E=mc2. Skillnaden i energi är olika för olika kärnor men så länge den är större än cirka 50 keV, vilket är mindre än en miljondel av kärnans massa, är det möjligt att separera dem i en så kallad jonfälla. Metoden öppnar upp för en mycket mer systematisk kartläggning av fissionsfragmentens impulsmoment än vad som tidigare varit möjligt. Vi hoppas därigenom bidra till en ökad förståelse av den fascinerande kärnreaktion som kallas fission.

Ta bort denna layout + textmodul om stycket inte behövs.

FÖLJ UPPSALA UNIVERSITET PÅ

facebook
instagram
youtube
linkedin