Comme le noyau se divise en deux fragments, il subit des déformations qui doivent être précisément prises en compte dans les modèles pour pouvoir faire des prédictions précises. Crédit: Rapports scientifiques
Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont étendu un modèle mathématique existant afin qu'il puisse être utilisé pour prédire avec plus de précision les produits des réactions de fission.
La fission nucléaire est un processus par lequel le noyau d'un atome est divisé, aboutissant généralement à la formation de deux atomes plus petits et pas nécessairement égaux (c'est ce qu'on appelle la fission binaire car il y a deux produits de fission). Bien que la fission soit exploitée depuis des décennies pour produire de l'énergie dans les centrales nucléaires du monde entier, notre compréhension et nos modèles de réactions de fission présentent encore de nombreuses lacunes.
Les scientifiques ont observé qu'il existe quatre modes de fission distincts qui indiquent globalement quel type d'espèce nucléaire sera généré par un événement de fission. Ces modes sont liés à la forme des deux noyaux juste avant que le noyau ne se sépare complètement (scission). Deux d'entre eux sont appelés modes standard et sont asymétriques; ils produisent un noyau plus léger et un plus lourd. Les deux autres sont appelés modes de fission super long et super court, et les deux produisent deux noyaux presque identiques.
Un modèle qui a été utilisé pour prédire les produits de fission (et leur énergie cinétique) pour divers éléments lourds implique les équations 3-D de Langevin. Ces équations 3D reposent sur trois variables définies pour un noyau atomique sur le point de subir une fission binaire :la distance entre les centres des fragments gauche et droit, la déformation de leurs pointes, et leur différence de masse ou de volume, appelé asymétrie de masse.
Les produits de fission pour 256 FM et 258 Fm sont affichés, selon leur nombre de masse. Ces graphiques montrent l'écart entre les données calculées à l'aide du modèle 3D (lignes bleues) et les données expérimentales (points rouges). En revanche, les données calculées avec le modèle 4D (lignes noires) sont plus fidèles aux résultats expérimentaux. Crédit: Rapports scientifiques
Bien que ce modèle ait été utilisé avec succès pour de nombreux noyaux lourds, ses prédictions ne correspondaient pas aux données expérimentales pour certains fermium ( 256 FM et 258 Fm) et mendelevium ( 260 Md) isotopes.
Pour tenter d'améliorer ce modèle et de l'utiliser pour comprendre ce qui se passe pour ces isotopes, une équipe de scientifiques du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), dont le professeur Satoshi Chiba, utilisé des équations de Langevin 4-D. Les équations de ce nouveau modèle, qui est montré dans la Fig. "Modèle pour un noyau sur le point de subir une fission", a échangé la variable qui indiquait la déformation des pointes du fragment contre deux variables indépendantes qui permettaient à ces déformations d'être différentes au lieu d'être toujours symétriques.
Ce degré de liberté supplémentaire a permis au nouveau modèle de tenir compte de ce qui était auparavant un mystère lorsqu'il s'appuyait sur le modèle précédent. Données expérimentales (illustrées à la Fig. Données expérimentales et calculées pour les produits de fission de 256 FM et 258 FM) pour 256 Fm a montré que les modes de fission standard étaient dominants pour cet isotope, alors que les données pour 258 FM et 260 Md a montré que les modes de fission super-courts étaient beaucoup plus probables. L'équipe en a déduit que les formes des deux fragments juste au moment de la scission avaient un effet très pertinent sur les produits de fission et leur énergie cinétique, et que forcer la déformation des pointes des fragments à être égale a entraîné des prédictions inexactes. "Les équations de Langevin 3-D sont incapables de résoudre la transition observée entre les modes de fission standard et super-court pour ces isotopes. Maintenant, avec notre modèle Langevin 4-D, c'est résolu, " explique Chiba.
L'équipe prévoit d'améliorer encore ce modèle afin d'améliorer son pouvoir prédictif des réactions de fission de nombreux noyaux. En utilisant des modèles comme celui-ci, les chercheurs peuvent plus facilement étudier et interpréter les phénomènes liés à la fission, telles que les transitions susmentionnées pour les isotopes du fermium. "Notre modèle nous a permis d'expliquer comment ces transitions se produisent de manière cohérente, " conclut Chiba. Inutile de dire, une meilleure compréhension et une meilleure modélisation de la fission nucléaire sont cruciales si nous voulons continuer à améliorer la technologie nucléaire existante pour garantir des sources d'énergie fiables.
