Une équipe internationale de scientifiques a identifié une région inattendue d'isotopes lourds et déficients en neutrons dans le tableau nucléaire où la fission nucléaire est principalement régie par un mode asymétrique. L'expérience a été menée par la collaboration R3B-Sofia au GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research à Darmstadt, en Allemagne, dans le programme Fair Phase 0.
Les résultats sont publiés dans la revue Nature.
L'équipe de recherche a étudié les propriétés de fission de 100 isotopes exotiques déficientes en neutrons différents, allant de l'iridium (nombre atomique Z = 77) au thorium (z = 90). Ces isotopes avec un faible nombre de neutrons par rapport au nombre de protons ont été produits via la fragmentation d'un faisceau primaire relativiste d'uranium-238 à 87,6% de la vitesse de la lumière, puis séparés et identifiés individuellement en utilisant le séparateur Fragment GSI / Fair Fragment FRS.
Dans la configuration expérimentale GSI / FAIR R3B (réactions avec des faisceaux radioactifs relativistes), étendue par un ensemble de systèmes spécialisés développés pour le modèle unique d'expériences de fission, les isotopes ont été dirigés sur une cible de plomb segmentée. Là, l'excitation à quelques mégaelectron volts au-dessus de leur énergie au sol a induit la fission en deux fragments plus légers. La chambre à double ionisation jumelle a permis la mesure des charges des deux produits de fission.
De plus, le grand aimant dipolaire supraconducteur est ravi, refroidi à l'hélium, a séparé les fragments de fission en fonction de leur rapport d'impulsion / charge, en les pliant vers des tableaux de détection de grande région pour le suivi et la mesure du temps de vol pour reconstruire la dynamique de la réaction.
Les téraoctets de données recueillies pendant dix jours d'expériences révèlent une transition vers une fission de plus en plus asymétrique dans les noyaux lourds déficients en neutrons. Cela marque la découverte d'une nouvelle « île de fission asymétrique » dans le graphique nucléaire, caractérisée par une domination surprenante de fragments de fission légers de Krypton (z = 36).
« Au-delà de la cartographie de ce nouveau phénomène, nos résultats améliorent notre compréhension des processus de fission terrestre et cosmique », explique Pierre Morfouace de CEA, France, premier auteur de la Nature publication. « De plus, ils offrent des repères précieux pour les modèles théoriques, améliorant considérablement leur pouvoir prédictif pour les distributions de fragments de fission dans les systèmes riches en neutrons, pertinents, par exemple, dans la nucléosynthèse du processus R dans le cosmos. »
La découverte est une étape majeure pour notre compréhension du recyclage de la fission attendu dans les explosions de supernova alimentant la production d'éléments dans notre galaxie et un début à identifier l'étendue d'une région nouvellement observée dans le tableau nucléaire où la fission asymétrique domine.
« En outre, les résultats sont une démonstration impressionnante des performances de la configuration R3B et donnent une vision de Fair à l'avenir », ajoute le Dr Haik Simon, chef du département GSI / FAIR « Sépateur de super fragment » et porte-parole adjoint de la collaboration R3B.
« La combinaison du séparateur Super Fragment, du successeur du FRS et du programme d'expérimentation Nustar prévu à Fair offrira des possibilités uniques pour la production et la sélection d'isotopes encore plus rares et plus exotiques pour répondre aux questions de recherche ouvertes dans ce domaine. »
Une série d'expériences de suivi est prévue à l'International Accelerator Facility Fair (Facility for Antiproton and Ion Research), qui est actuellement en construction chez GSI. Le nouveau séparateur de fragment supraconducteur Super-FRS sera essentiel pour cartographier le phénomène de la fission asymétrique plus en détail et pour révéler les aspects fondamentaux de la matière nucléaire dans des conditions extrêmes.
