Vilket spinn får de heta fragmenten direkt efter att en kärna klyvs? Detta är en av frågeställningarna som undersöks vid IGISOL-anläggningen i Jyväskylä i samarbete med Uppsala universitet.
Kärnklyvning omsätter som bekant en stor mängd energi. En ökad bindningsenergi blir till rörelseenergi, rotationsenergi och excitationsenergi hos heta fissionsfragment. Eftersom fissionsprocessen är väldigt komplex och egentligen består av hundratals reaktionskanaler tvingas experimenten fokusera på delaspekter och medelvärden av olika observabler som modellerna sedan försöker beskriva. Ett sätt att studera uppkomsten av rotationsenergi i fissionsprocessen är att mäta den relativa andelen av fissionsprodukterna som inte hamnar i grundtillståndet men i ett förhållandesvis långlivat så kallat isomertillstånd. Då grundtillståndet och isomeren har olika spinn kan man koppla den relativa andelen som hamnar i isomertillståndet till spinnet i de heta fissionsfragmenten. Ju högre spinn ett fragment har från början, desto högre är sannolikheten att hamna i det tillstånd – grundtillstånd eller isomer – som har högst spinn. Ett vanligt sätt att identifiera och mäta fissionsprodukterna och isomerproduktion är användning av gammaspektroskopi.
Förutom betydelsen för studien av själva fissionsprocessen är kunskap om isomerproduktion relevant för beräkning av neutrinospektra. Kanske kan bättre kunskap om isomerproduktion hjälpa att lösa det så kallade reaktorneutrinoproblemet som Daya Bay-kollaborationen observerade 2016.
Illustration av fissionsfragmentens deexcitation. Det ursprungliga spinnet styr sannolikheten att hamna i grundtillståndet eller olika långlivade isomertillstånd.
Uppsala universitet har i samarbete med University of Jyväskylä genomfört mätningar av isomerproduktion vid Penning fällan JYFLTRAP. I detta fall mäts inte den karakteristika gammastrålningen efter betasönderfall. Istället räknas antalet joner i respektive tillstånd direkt genom att mäta deras massor. Med JYFLTRAP kan på så små masskillnader som 0,5 MeV upplösas på rutinbasis. Men med hjälp av en ny teknik som tagits fram i Tyskland, hoppas forskarna från Jyväskylä och Uppsala kunna öka upplösningen med en faktor tio.
De första resultaten för isomerproduktion i protoninducerad fission presenterades i fjol vid ND2016 konferensen i Brygge, Belgien. Nu har även resultat från neutroninducerad fission presenterats på Theory-4 konferensen i Varna, Bulgarien. Dessa mätningar möjliggjordes av en ny neutronkälla som installerats vid IGISOL och som tidigare testats i ett av de sista experimenten vid The Svedberg Laboratoriet i Uppsala. Resultaten kommer att ingå i en avhandling som kommer att läggas fram under hösten vid Uppsala universitet.