Reč atom dolazi iz latinskog za nedeljiv. Ali ne dozvolite da vas ime zavara.
Simulacija američkih teorijskih fizičara pružila je prvu potpuno mikroskopsku karakterizaciju trenutka kada se atom preseče na dva dela, otkrivajući sveže uvide u energetski događaj koji je definisao novo doba u nauci i tehnologiji.
Godine 1938. otkrili smo koliko je ta jedna mala reč pogrešna kada su fizičari Oto Han, Liz Majtner i Fric Štrasman pokazali kako se jezgra uranijuma cepaju na dva dela kada se gađaju neutronima.
Decenijama kasnije, uprkos korišćenju u ratu, moći, medicini i naučnim istraživanjima, nuklearna fisija sporo odaje svoje tajne.
Pored pojednostavljenih modela protona i neutrona grupisanih zajedno poput kuglica u dozatoru, jezgro masivnog atoma je divlja oluja kvantne aktivnosti.
Razumevanje kako se pojedinačni nukleoni ponašaju i međusobno deluju je dovoljno izazovno za atome koji mirno sede pored svojih usamljenih, a kamoli onih koji prolaze kroz značajne transformacije.
Da bi ga lakše pratili, teoretski fizičari iz Nacionalne laboratorije Los Alamos i Univerziteta u Vašingtonu (UV) razbijaju proces fisije na četiri koraka.
U prvih 10-14 sekundi (dajte ili uzmite), uvođenje sporog neutrona primorava jezgro da se izboči i preuredi u ono što je opisano kao sedlo, čineći atom da malo liči na malu ljusku kikirikija.
Ovo je brzo praćeno daleko bržim pomakom, koji se naziva od sedla do rascepa, gde se uspostavljaju fragmenti procesa fisije. Ovo traje oko 5×10 -21 sekundu.
Treći korak je ponovo još brži, transformišući se u relativnom treptaju od 10 -22 sekunde. U onome što se zove rascep, ili ruptura vrata, jezgro se zvanično raspada.
U poslednjem koraku, za koji je potrebno lenjih 10-18 sekundi da se razvije, fragmenti fisije se povlače u oblik i ubrzavaju, oslobađajući neutrone i gama zrake i potencijalno stvarajući druge procese raspadanja nakon kratkog odlaganja.
Više od jedne teorije opisuje preciznu migraciju subatomskih čestica od kikirikija do šljunka, iako su u mnogim slučajevima eksperimentalni rezultati ili u suprotnosti sa osnovnim pretpostavkama o fizici, ili su u suprotnosti sa ‘mikroskopskim’ modeliranjem interakcija između pojedinačnih protona i neutrona.
Zasnovana na okviru koji je razvio glavni autor UV fizičar Aurel Bulgac, kvantna simulacija više tela je najtačniji prikaz onoga što se može očekivati u samom trenutku cepanja, kada se most koji povezuje dve polovine velikog atomskog jezgra stisne. u i odvaja.
Proračuni za uranijum-238, plutonijum-240 i kalifornijum-252 pod različitim početnim uslovima zahtevali su široku upotrebu superkompjutera Oak Ridž nacionalne laboratorije Ministarstva energetike SAD.
„Ovo je verovatno najprecizniji i najpažljivije dobijen teorijski opis rupture vrata, bez ikakvih pretpostavki i uprošćavanja“, kaže Bulgač.
„Imamo vrlo specifično predviđanje, koje do sada nije postojalo. Prethodne teorije su uvek bile zasnovane na: ‘Hajde da pretpostavimo da se ovo dešava, a ako se dešava, onda će se ovo verovatno videti.’ Nismo to uradili. Jednostavno smo ubacili jednačine kretanja koje su poznate decenijama u nuklearnoj fizici sa velikom preciznošću, plus kvantnu mehaniku, ništa drugo.
Simulacija je otkrila nekoliko iznenađenja u procesu fisije. Tamo gde su neki modeli predvideli velikodušno prašenje kvantne nasumice u procesu rupture vrata, model tima je identifikovao jasnu ‘boru’ u gustini subatomskih čestica koja je prethodila pojavi tačke cepanja.
Takođe je postojala očigledna razlika u vremenu podele između dva tipa nukleona, pri čemu je protonski vrat završio svoj prekid pre neutronskog vrata.
Ono što je najvažnije, simulacija je potvrdila sporne predloge o oslobađanju visokoenergetskih neutrona tokom faze rascepa, pri čemu je model otišao toliko daleko da je predvideo njihovu energiju, ugaonu distribuciju, pa čak i pravce bežanja.
„Većina eksperimenata ih traži u pravcu kretanja fisijskih fragmenata, i nisu mogli da razlikuju neutrone rascepa tamo jer su većina njih bili toplotni neutroni koje emituju vrući fragmenti“, kaže Bulgac.
Sa predviđanjima u ruci, sledeći korak je da vidimo da li eksperimentisanje podržava ova najnovija otkrića o tome kako se ‘nedeljivi’ atom deli na dva dela.
