Una reacción nuclear en laboratorio del CERN desafía lo esperado

Un nuevo tipo de reacción de fisión observada en el laboratorio de física de partículas del CERN en Ginebra ha puesto de manifiesto graves deficiencias en la comprensión actual del núcleo atómico

Se esperaba que la fisión de mercurio-180 fuera una reacción “simétrica”, que resultaría en dos fragmentos iguales, pero produjo dos núcleos de masas muy diferentes, reacción “asimétrica” que plantea un reto importante para los teóricos.

La fisión nuclear consiste en la división de un núcleo pesado en dos núcleos más ligeros. De acuerdo con el modelo de la gota líquida, que describe el núcleo en términos de su cantidad macroscópica de tensión superficial y repulsión electrostática, la fisión debe ser simétrica. Algunas reacciones de fisión, sin embargo, son asimétrica, entre ellas muchas de las de uranio y sus elementos actínidos vecinos. Esto en cambio se puede entender usando el modelo de capas, en el que pueden ser creados, con cierta preferencia, fragmentos desiguales si uno o ambos de estos fragmentos contiene un número “mágico” de protones y / o neutrones. Por ejemplo, uno de los fragmentos producidos en muchas de las reacciones de fisión que involucran actínidos es el estaño-132, que es un núcleo “doblemente mágico” que contiene 50 protones y 82 neutrones.



En el más reciente trabajo, realizado por una colaboración de los físicos del CERN que utilizan la instalación ISOLDE de haz radiactivo, se investigó la interacción entre los componentes macroscópicos y microscópicos de la fisión nuclear. Se conoce como fisión beta retrasada un proceso de dos etapas en la que un núcleo beta padre se desintegra y entonces el núcleo hijo entra en fisión si se crea en un estado altamente excitado. Este tipo de reacción permite a los científicos estudiar las reacciones de fisión en los núcleos relativamente exóticos y fue estudiada por primera vez en el Laboratorio Flerov en Dubna, Rusia, hace aproximadamente 20 años, aunque las mediciones de Dubna no revelaron las masas de los fragmentos producidos.

Dispararle protones al uranio

El experimento en ISOLDE involucra el disparo de un haz de protones a un blanco de uranio y luego el uso de rayos láser y un campo magnético para filtrar iones de talio-180 entre la gran variedad de núcleos producidos en las colisiones de protones. Estos iones se implantan en una lámina de carbono, donde se someten a la desintegración beta, y luego se fisionan algunos de los átomos resultantes de mercurio-180. Los detectores de silicio colocados delante y detrás de la hoja permiten la medición de las energías de los productos de la fisión.

Los investigadores esperaban que la reacción de fisión fuese simétrica: el mercurio-180 se dividiría en dos núcleos de circonio-90, un resultado que se cría particularmente favorecido debido a que estos núcleos contienen un número mágico de neutrones (50) y un “semi-mágico” número de protones (40). Lo que encontraron, sin embargo, fue muy diferente. La energía de los productos de fisión registrada en los detectores de silicio no tuvo picos en un valor particular, lo cual sería el caso si se está produciendo un solo tipo de núcleos en las reacciones, sino que mostró dos picos distintos, en torno a los núcleos de rutenio-100 y el criptón-80.

El vocero de la colaboración Andrei Andreyev, de la Universidad de Lovaina, Bélgica (y actualmente en la Universidad del Oeste de Escocia), dijo que esta fisión asimétrica fue inesperada porque los fragmentos observados no contienen mimguna capa mágica o semi mágica. Su colega, el teórico Peter Möller de Los Alamos National Laboratory en los EEUU, de hecho había ideado un modelo del núcleo que predice que el mercurio-180 sufriría una fisión asimétrica. Pero no fue capaz de explicar por qué, después de haber trazado una superficie de energía potencial en tres dimensiones para la fisión del mercurio-180, y luego identificado un mínimo en esa superficie, pero no pudo identificar cuál de las tres variables era responsable de ese mínimo.

“Hermoso logro experimental”

Phil Walker, de la Universidad de Surrey en el Reino Unido, quien no es miembro de esta colaboración, describe la investigación como un “logro experimental hermoso” que tiene “un resultado teórico impresionante”. Él dice que el resultado será de interés, principalmente, para los académicos, pero considera que podría tener implicaciones prácticas. “Gran parte de la generación de energía depende de la fisión nuclear”, señala, “y si queremos hacer reactores más seguros y más baratos tenemos que ser capaces de confiar en la teoría básica del proceso de fisión. Yo diría que la teoría ha resultado ser muy deficiente, y necesita arreglos.”

Andreyev está de acuerdo. “I hope that as a result of our paper theorists will start to think about this problem and tell us what is happening,” he says. “Espero que, como resultado de de nuestro trabajo, los teóricos empiecen a pensar en este problema y nos digan qué es lo que está pasando”, dijo. “Por el momento no lo sabemos.”

La investigación aparece en la revista Physical Review Letters.

El autor de este artículo, Edwin Cartlidge, es escritor de ciencia con sede en Roma

Sion, explicame una cosa. Las centrales nucleares actuales,¿son de fusión o de fisión?.Si son de fisión, el artículo viene a decir que las cosas no se producen como se pensaba en un principio y que se podría obtener una mayor energía mejorando la construcción de las centrales ¿no?

Hay centrales basadas en fisión nuclear y en fusión nuclear(aunque estas se encuentran actualmente en fase experimental y son solo de muy baja potencia).