Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben een bestaand wiskundig model uitgebreid, zodat het kan worden gebruikt om de producten van splijtingsreacties nauwkeuriger te voorspellen.

Kernsplijting is een proces waarbij de kern van een atoom wordt gesplitst, over het algemeen resulterend in de vorming van twee kleinere en niet noodzakelijk gelijke atomen (dit wordt binaire splijting genoemd omdat er twee splijtingsproducten zijn). Hoewel splijting al tientallen jaren wordt gebruikt om wereldwijd energie op te wekken in kerncentrales, ons begrip en modellen van splijtingsreacties hebben nog steeds veel hiaten.

Wetenschappers hebben waargenomen dat er vier verschillende splijtingswijzen zijn die in grote lijnen aangeven welk type nucleaire soort zal worden gegenereerd door een splijtingsgebeurtenis. Deze modi zijn gerelateerd aan de vorm van de twee kernen vlak voordat de kern volledig splitst (splitsing). Twee ervan worden standaardmodi genoemd en zijn asymmetrisch; ze produceren een lichtere kern en een zwaardere. De andere twee worden superlange en superkorte splijtingsmodi genoemd, en beide produceren twee bijna identieke kernen.

Een model dat is gebruikt voor het voorspellen van de splijtingsproducten (en hun kinetische energie) voor verschillende zware elementen omvat de 3-D Langevin-vergelijkingen. Deze 3D-vergelijkingen zijn gebaseerd op drie variabelen die zijn gedefinieerd voor een atoomkern die op het punt staat binaire splitsing te ondergaan:de afstand tussen de middelpunten van de linker- en rechterfragmenten, de vervorming van hun tips, en hun verschil in massa of volume, massaasymmetrie genoemd.

Hoewel dit model met succes is gebruikt voor veel zware kernen, de voorspellingen kwamen niet overeen met de experimentele gegevens voor sommige fermium ( ²⁵⁶ FM en ²⁵⁸ FM) en mendelevium ( ²⁶⁰ Md) isotopen.

In een poging om dit model te verbeteren en het te gebruiken om te begrijpen wat er gaande is voor die isotopen, een team van wetenschappers aan het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), waaronder prof. Satoshi Chiba, gebruikte 4-D Langevin-vergelijkingen. De vergelijkingen voor dit nieuwe model, die wordt getoond in Fig. "Model voor een kern die op het punt staat splijting te ondergaan", verwisselde de variabele die de vervorming van de uiteinden van het fragment aangaf voor twee onafhankelijke variabelen die ervoor zorgden dat deze vervormingen verschillend waren in plaats van altijd symmetrisch te zijn.

Deze extra mate van vrijheid stelde het nieuwe model in staat om rekening te houden met wat voorheen een mysterie was bij het volgen van het vorige model. Experimentele gegevens (getoond in Fig. Experimentele en berekende gegevens voor de splijtingsproducten van ²⁵⁶ FM en ²⁵⁸ FM) voor ²⁵⁶ Fm toonde aan dat standaard splijtingsmodi dominant waren voor deze isotoop, overwegende dat gegevens voor ²⁵⁸ FM en ²⁶⁰ Md toonde aan dat superkorte splijtingsmodi veel waarschijnlijker waren. Het team concludeerde dat de vormen van de twee fragmenten direct bij de splitsing een zeer relevant effect hadden op de splijtingsproducten en hun kinetische energie, en dat het dwingen van de vervorming van de fragmenttips om gelijk te zijn resulteerde in onnauwkeurige voorspellingen. "3-D Langevin-vergelijkingen zijn niet in staat om de waargenomen overgang tussen standaard en superkorte splijtingsmodi voor deze isotopen op te lossen. Nu, met ons 4-D Langevin-model, dit is opgelost, " legt Chiba uit.

Het team is van plan dit model verder te verbeteren om de voorspellende kracht voor de splijtingsreacties van veel kernen te verbeteren. Met behulp van modellen zoals deze, onderzoekers kunnen splijtingsgerelateerde fenomenen gemakkelijker bestuderen en interpreteren, zoals de eerder genoemde overgangen voor de fermiumisotopen. "Ons model heeft ons in staat gesteld om uit te leggen hoe deze overgangen op een consistente manier plaatsvinden, " concludeert Chiba. Onnodig te zeggen, een beter begrip en betere modellering van kernsplijting zijn cruciaal als we de bestaande nucleaire technologie willen blijven verbeteren om betrouwbare energiebronnen veilig te stellen.