Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio ampliaram um modelo matemático existente para que ele possa ser usado para prever com mais precisão os produtos das reações de fissão.

A fissão nuclear é um processo pelo qual o núcleo de um átomo é dividido, geralmente resultando na formação de dois átomos menores e não necessariamente iguais (isso é chamado de fissão binária porque há dois produtos de fissão). Embora a fissão tenha sido explorada por décadas para gerar energia em usinas nucleares em todo o mundo, nosso entendimento e modelos de reações de fissão ainda têm muitas lacunas.

Os cientistas observaram que existem quatro modos de fissão distintos que indicam amplamente que tipo de espécie nuclear será gerada por um evento de fissão. Esses modos estão relacionados à forma dos dois núcleos logo antes de o núcleo se dividir completamente (cisão). Dois deles são chamados de modos padrão e são assimétricos; eles produzem um núcleo mais leve e outro mais pesado. Os outros dois são chamados de modos de fissão superlongo e supercurto, e ambos produzem dois núcleos quase idênticos.

Um modelo que foi usado para prever os produtos de fissão (e sua energia cinética) para vários elementos pesados ​​envolve as equações de Langevin 3-D. Essas equações 3-D são baseadas em três variáveis ​​que são definidas para um núcleo atômico que está prestes a sofrer fissão binária:a distância entre os centros dos fragmentos esquerdo e direito, a deformação de suas pontas, e sua diferença em massa ou volume, chamada de assimetria de massa.

Embora este modelo tenha sido usado com sucesso para muitos núcleos pesados, suas previsões falharam em coincidir com os dados experimentais para algum férmio ( ²⁵⁶ Fm e ²⁵⁸ Fm) e mendelévio ( ²⁶⁰ Md) isótopos.

Na tentativa de aprimorar este modelo e usá-lo para entender o que está acontecendo com esses isótopos, uma equipe de cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), incluindo o Prof. Satoshi Chiba, usou equações de Langevin 4-D. As equações para este novo modelo, que é mostrado na Fig. "Modelo para um núcleo prestes a sofrer fissão", trocou a variável que indicava a deformação das pontas do fragmento por duas variáveis ​​independentes que permitiam que essas deformações fossem diferentes em vez de sempre serem simétricas.

Esse grau adicional de liberdade permitiu que o novo modelo levasse em consideração o que antes era um mistério ao seguir o modelo anterior. Dados experimentais (mostrados na Fig. Dados experimentais e calculados para os produtos de fissão de ²⁵⁶ Fm e ²⁵⁸ Fm) para ²⁵⁶ Fm mostrou que os modos de fissão padrão eram dominantes para este isótopo, Considerando que os dados para ²⁵⁸ Fm e ²⁶⁰ O Md mostrou que os modos de fissão supercurtos eram muito mais prováveis. A equipe inferiu que as formas dos dois fragmentos logo na cisão tiveram um efeito muito relevante sobre os produtos da fissão e sua energia cinética, e que forçar a deformação das pontas dos fragmentos a serem iguais resultou em previsões imprecisas. "As equações de Langevin 3-D são incapazes de resolver a transição observada entre os modos de fissão padrão e super-curto para esses isótopos. Agora, com nosso modelo Langevin 4-D, isso está resolvido, "explica Chiba.

A equipe planeja melhorar ainda mais este modelo para aumentar seu poder preditivo para as reações de fissão de muitos núcleos. Usando modelos como este, os pesquisadores podem estudar e interpretar mais facilmente fenômenos relacionados à fissão, como as transições acima mencionadas para os isótopos de férmio. "Nosso modelo nos permitiu explicar como essas transições acontecem de maneira consistente, "conclui Chiba. Desnecessário dizer, um melhor entendimento e uma melhor modelagem da fissão nuclear são cruciais se quisermos continuar melhorando a tecnologia nuclear existente para garantir fontes de energia confiáveis.