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Sorprendente resultado sobre el mecanismo de fisión

Jue, 25/02/2021 – 12:24

Investigadores del IFIC, centro mixto perteneciente al CSIC – Universitat de València y la Universidad Complutense de Madrid han contribuido a una colaboración internacional que ha identificado cómo y cuándo se genera la rotación de los fragmentos resultantes de la división de un núcleo atómico durante el proceso de fisión. Los resultados han sido presentados en el artículo “Angular momentum generation in nuclear fission” publicado en Nature.

Este resultado ha sido obtenido en el marco de la colaboración “Nu-ball”, que cuenta con investigadores de 37 institutos y 16 países.

Una serie de experimentos realizados en la instalación de aceleradores ALTO del laboratorio IJC de Orsay, Francia, han demostrado que los fragmentos de fisión ganan momento angular, después de su separación y no antes, como se supone generalmente.

Durante la fisión nuclear un núcleo pesado se escinde en otros dos más ligeros liberando grandes cantidades de energía, lo que da lugar a múltiples aplicaciones. El proceso de fisión fue descubierto a finales de los años 30 del siglo XX por los químicos Otto Hahn y Fritz Strassmann, y los físicos Lise Meitner y Otto Frisch. A pesar de los casi 90 años transcurridos desde entonces, persisten hasta hoy múltiples interrogantes.

El estudio que se acaba de publicar ha intentado averiguar cómo y por qué los fragmentos resultantes de la fisión nuclear poseen un alto momento angular, es decir, giran rápidamente sobre sí mismos, incluso cuando el núcleo original no lo hace.

Existen teorías que compiten por explicar el fenómeno, pero la gran mayoría predice que el momento angular se genera antes de la rotura en fragmentos, lo cual conduce a claras correlaciones entre ellos.

Para estudiar el mecanismo de generación de espín, la colaboración estudió en ALTO la radiación gamma emitida en reacciones de fisión. Para ello, se bombardearon con un haz de neutrones pulsados, blancos de 238U y 232Th. Los datos obtenidos demuestran que el espín de los fragmentos se genera después de la separación de los mismos.

“Lo que realmente nos sorprendió fue la falta de dependencia significativa del espín promedio observado en un fragmento con respecto al espín mínimo exigido en el fragmento asociado. La mayoría de las teorías que plantean la hipótesis de que el espín se genera antes de la fisión habrían predicho una fuerte correlación. Nuestros resultados muestran que el espín del fragmento surge después de la fisión. Se puede ilustrar como el chasquido de una banda elástica estirada que al romperse da lugar a una fuerza de giro, o torque”, señala el autor principal del estudio, el Dr. Jonathan Wilson, del Laboratorio del IJC de Orsay.

El estudio demuestra que el espín se genera después de la separación. “Es como si al romperse una banda elástica que estiramos, los fragmentos resultantes girasen, un resultado contradictorio a lo que intuitivamente se puede esperar”, comenta Alejandro Algora, investigador del IFIC que ha participado en las medidas.

Esta nueva información sobre el papel del momento angular en la fisión nuclear permitirá mejorar nuestra comprensión del proceso de fisión. También es útil para otras áreas de investigación, como el estudio de la estructura de los isótopos ricos en neutrones y la síntesis y estabilidad de los elementos superpesados.

Además, puede tener aplicaciones prácticas, por ejemplo, para contribuir a entender el problema del calentamiento por radiación gamma en los reactores nucleares.