Σάββατο 7 Μαΐου 2016

Σύγχυση πάνω από την πυρηνική σχάση

Nuclear_fission Έχουμε φτιάξει την ατομική βόμβα. Έχουμε φτιάξει τους αντιδραστήρες που μας προσφέρουν τεράστια ποσά ενέργειας με χαμηλές εκπομπές άνθρακα. Αν αυτό σας φαίνεται αξιοσημείωτο, γίνεται πολύ περισσότερο, όταν συνειδητοποιήσουμε ότι η όλη επιχείρηση της πυρηνικής σχάσης βασίζεται σε μια παρεξήγηση.
 
Αριστερά: μια συνηθισμένη διάσπαση του ουρανίου-235 από αργό νετρόνιο 
 
Αυτό το πολύ νομίζαμε ότι γνωρίζαμε: όταν ένα ασταθές στοιχείο υποβάλλεται σε σχάση, θα διαχωριστεί σε περίπου ίσα μέρη, και αν αυτό δεν συμβαίνει, οφείλεται στους "μαγικούς" αριθμούς. Αυτοί οι αριθμοί ξεπηδούν από τις θεωρίες της πυρηνικής φυσικής και μας λένε ποιοί πυρήνες είναι σταθεροί. Το μοντέλο που έχουμε για τους πυρήνες είναι αυτό της σταγόνας, που τους θεωρούμε σαν ένα είδος παράξενου παχύρρευστου υγρού. Όταν αυτό το μοντέλο δεν αποδίδει αρκετά τα επιθυμητά αποτελέσματα, προσθέτουμε σε αυτό «φλοιούς» που, σαν τους φλοιούς των ατόμων όπου στοιβάζονται τα ηλεκτρόνια, κατέχουν κι αυτοί ένα ορισμένο αριθμό πρωτονίων και νετρονίων.
 
Ακριβώς όπως ένα άτομο με ένα γεμάτο ηλεκτρόνια εξωτερικό φλοιό (ή στιβάδα) είναι ένα παράδοξο μη δραστικό ευγενές αέριο, έτσι κι ένα εξωτερικό πυρηνικό κέλυφος με τον σωστό αριθμό πρωτονίων και νετρονίων φτιάχνει έναν πυρήνα σταθερό με μαγικό τρόπο. Έτσι, αν ένα άτομο δεν διαχωρίζεται ακριβώς στο μισά, θα προτιμήσει ο αρχικός πυρήνας να διασπαστεί ώστε να φτιάξει δύο πυρήνες με μαγικούς αριθμούς.  
 
fissionΠέρυσι, οι ιδέες αυτές είχαν τεθεί σε δοκιμή στο ISOLDE, μια συσκευή για την κατασκευή σπάνιων ραδιενεργών ισοτόπων στο CERN, για να προβλέψουν την έκβαση της σχάσης του ισοτόπου υδραργύρου-180. Η διαίρεση του υδραργύρου-180 δίνει δύο όμοιους πυρήνες ζιρκονίου-90, οι οποίοι απλώς τυχαίνει να έχουν ένα μαγικό αριθμό νετρονίων και ένα σχεδόν μαγικό αριθμό πρωτονίων. Λαμβάνοντας υπόψη όλα αυτά, λέει ο Phil Walker από το Πανεπιστήμιο του Surrey στο Ηνωμένο Βασίλειο, περιμέναμε αυτό το αποτέλεσμα της διάσπασης.
 
Δυστυχώς, ο υδράργυρος-180 δεν παίζει με τους κανόνες. Διαιρείται ασύμμετρα στο ισότοπο ρουθήνιο-100 με ένα ευδιάκριτα μη μαγικό πυρήνα  και στο κρυπτό-80.
 
«Είναι έκπληξη για μας το γεγονός ότι μια διαδικασία τόσο βασική όπως η σχάση, προφανώς δεν συμφωνεί με ό,τι αναμένεται», λέει ο Walker. Ο ξεχασμένος παράγοντας, προτείνει η ομάδα του ISOLDE, είναι ο χρόνος. Όταν ένας πυρήνας διασπάται, αυτός επιμηκύνεται και εμφανίζεται με ένα στενό λαιμό ανάμεσα σε δύο λοβούς (δεξιά εικόνα). Μερικοί πυρήνες, ίσως, απλώς δεν μπορούν να φθάσουν σε μια συμμετρική ισορροπία πριν κοπεί αυτός ο λαιμός. Αλλά όσον αφορά για το ποιοί πυρηνικοί παράγοντες το καθορίζουν – εκεί, υπάρχει διχογνωμία στους φυσικούς.