Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio han ampliado un modelo matemático existente para que pueda usarse para predecir con mayor precisión los productos de las reacciones de fisión.

La fisión nuclear es un proceso mediante el cual se divide el núcleo de un átomo, generalmente resulta en la formación de dos átomos más pequeños y no necesariamente iguales (esto se llama fisión binaria porque hay dos productos de fisión). Aunque la fisión se ha explotado durante décadas para generar energía en plantas nucleares a nivel mundial, nuestro entendimiento y modelos de reacciones de fisión todavía tienen muchas lagunas.

Los científicos han observado que hay cuatro modos de fisión distintos que indican en términos generales qué tipo de especies nucleares generará un evento de fisión. Estos modos están relacionados con la forma de los dos núcleos justo antes de que el núcleo se divida por completo (escisión). Dos de ellos se denominan modos estándar y son asimétricos; producen un núcleo más ligero y uno más pesado. Los otros dos se denominan modos de fisión superlargo y supercorto, y ambos producen dos núcleos casi idénticos.

Un modelo que se ha utilizado para predecir los productos de fisión (y su energía cinética) para varios elementos pesados ​​involucra las ecuaciones de Langevin en 3-D. Estas ecuaciones tridimensionales se basan en tres variables que se definen para un núcleo atómico que está a punto de sufrir una fisión binaria:la distancia entre los centros de los fragmentos izquierdo y derecho, la deformación de sus puntas, y su diferencia de masa o volumen, llamada asimetría de masas.

Aunque este modelo se ha utilizado con éxito para muchos núcleos pesados, sus predicciones no coincidieron con los datos experimentales para algunos fermio ( ²⁵⁶ Fm y ²⁵⁸ Fm) y mendelevio ( ²⁶⁰ Md) isótopos.

En un intento de mejorar este modelo y usarlo para comprender qué sucede con esos isótopos, un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), incluyendo al Prof. Satoshi Chiba, utilizó ecuaciones de Langevin 4-D. Las ecuaciones para este nuevo modelo, que se muestra en la Fig. "Modelo para un núcleo a punto de sufrir una fisión", intercambió la variable que indicaba la deformación de las puntas del fragmento por dos variables independientes que permitían que estas deformaciones fueran diferentes en lugar de ser siempre simétricas.

Este grado adicional de libertad permitió al nuevo modelo dar cuenta de lo que antes era un misterio cuando se seguía el modelo anterior. Datos experimentales (mostrados en la Fig. Datos experimentales y calculados para los productos de fisión de ²⁵⁶ Fm y ²⁵⁸ Fm) para ²⁵⁶ Fm mostró que los modos de fisión estándar eran dominantes para este isótopo, mientras que los datos para ²⁵⁸ Fm y ²⁶⁰ Md mostró que los modos de fisión supercorta eran mucho más probables. El equipo infirió que las formas de los dos fragmentos justo en la escisión tuvieron un efecto muy relevante en los productos de fisión y su energía cinética. y que forzar la deformación de las puntas de los fragmentos a igualar resultó en predicciones inexactas. "Las ecuaciones de Langevin 3-D no pueden resolver la transición observada entre los modos de fisión estándar y supercorto para estos isótopos. Ahora, con nuestro modelo Langevin 4-D, esto está resuelto, "explica Chiba.

El equipo planea mejorar aún más este modelo para mejorar su poder de predicción de las reacciones de fisión de muchos núcleos. Usando modelos como este, los investigadores pueden estudiar e interpretar más fácilmente los fenómenos relacionados con la fisión, tales como las transiciones antes mencionadas para los isótopos de fermio. "Nuestro modelo nos ha permitido explicar cómo se producen estas transiciones de manera coherente, ", concluye Chiba. No hace falta decir que Una mejor comprensión y un mejor modelo de la fisión nuclear son cruciales si queremos seguir mejorando la tecnología nuclear existente para asegurar fuentes de energía confiables.