Especialistas da Universidade Politécnica de Tomsk, em colaboração com colegas do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (JINR), criaram um novo modelo físico-matemático. Este modelo descreve detalhadamente o comportamento das partículas durante a fissão de um núcleo atômico. Os autores acreditam que sua descoberta encontrará aplicação na gestão de processos em usinas nucleares e na área da medicina nuclear. A importância da pesquisa é sublinhada pelo apoio do Fundo Científico Russo (RNF), e suas conclusões foram apresentadas na prestigiada revista científica Physical Review C.
Durante o processo de fissão, o núcleo atômico passa por várias transformações de forma: de esférico ou elipsoidal, ele adota uma configuração em forma de haltere, após o que se divide em dois fragmentos. É notável que, mesmo que o núcleo original com um número par de prótons e nêutrons tivesse momento angular (spin) zero, os fragmentos resultantes começam a girar, adquirindo momentos angulares significativos na faixa de 0 a 10.
O modelo desenvolvido permite descrever, através da mecânica quântica, a formação dos momentos angulares dos fragmentos devido às oscilações angulares que surgem no núcleo em fissão antes de sua ruptura.
Conforme explicou Nikolai Antonenko, líder do projeto e professor da Escola de Engenharia de Tecnologias Nucleares da Universidade Politécnica de Tomsk, a fissão nuclear nem sempre resulta na formação de pares de fragmentos fixos; ao contrário, surgem muitas combinações diversas. O modelo quântico-mecânico proposto ajuda a prever a probabilidade de formação de fragmentos com determinada massa e carga, e a calcular a distribuição de seus momentos angulares.
Antonenko observou que o movimento angular dos fragmentos emergentes no momento da separação pode ser interpretado como oscilações independentes de pequena amplitude, ocorrendo perto da configuração tangencial. O momento angular gerado por essas oscilações é equilibrado pela rotação do sistema como um todo. Isso explica a dependência em forma de serra do momento angular do fragmento em relação à sua massa.
O cientista esclareceu que, na fissão nuclear, formam-se dois fragmentos que se encontram em estados rotacionais específicos. A desintegração desses estados emite raios gama. O modelo proposto ajudará a identificar as características dos fragmentos de fissão — sua massa, carga e momento angular — com base nas energias dos raios gama emitidos.
Este conhecimento fundamental contribui para uma compreensão mais profunda dos mecanismos de distribuição de energia e momento angular entre os fragmentos, bem como de como os diferentes modos de movimento no núcleo, imediatamente antes de sua ruptura, afetam as propriedades dos fragmentos resultantes.
Estes resultados podem servir de base para o desenvolvimento de novos princípios de controle da fissão nuclear, com o objetivo de obter a máxima produção de fragmentos específicos.
No futuro, os pesquisadores planejam estudar a dependência do momento angular de um fragmento de fissão em relação à sua energia cinética total.
