N?r tunge atomkjerner fisjonerer, som betyr at de deler seg i to, frigj?res betydelige mengder energi.
– Selv om fisjon ble oppdaget allerede for 85 ?r siden, vet vi fortsatt ikke nok om fisjon. Fisjon er sv?rt komplisert. Hva skjer n?r atomkjernen strekkes? undrer forsker i kjernefysikk, Dorthea Gjestvang p? Fysisk institutt ved UiO.
Hun har de siste ?rene unders?kt flere av hemmelighetene til fisjon.
– Ett av de store ul?ste problemene innen kjernefysikken er at vi fortsatt ikke har presise og korrekte, teoretiske beskrivelser av hva som skjer n?r atomkjerner deler seg i to.
Motsatte krefter
Atomkjerner best?r av protoner (positivt ladete partikler) og n?ytroner (ikke ladete partikler). Selv om alle protonene i atomkjernen har den samme ladningen, klarer atomkjernen overraskende nok ? holde seg samlet. Det virker selvmotsigende fordi man skulle tro at protonene ville ha blitt skj?vet fra hverandre. I atomkjernen konkurrerer to krefter: En kraft, som kalles for Coulomb-kraften, skyver protonene fra hverandre, mens en annen kraft, den sterke kjernekraften, pr?ver ? holde dem samlet.
– N?r Coulomb-kraften vinner, splittes kjernen i to. Da f?r vi fisjon. Akkurat hva som skjer, er ikke beskrevet teoretisk. For ? forst? dette er vi n?dt til ? lage bedre teoretiske modeller av fisjon, poengterer Dorthea Gjestvang.
Hun jobber i grenseomr?det mellom eksperimentelle, kjernefysiske fors?k og teoretiske simuleringer av kjernefysiske reaksjoner. Kjernefysikeren bruker simuleringsmodeller p? datamaskinen for ? kunne forklare hva som skjer.
Da m? modellene samsvare med det som skjer i virkeligheten.
Skyter p? plutonium
Gjestvang har unders?kt hvordan en variant av grunnstoffet plutonium splittes. Hun gjennomf?rer fors?kene sine i syklotronen i kjelleren p? Fysisk institutt. Syklotronen er et laboratorium der kjernefysikerne kan akselerere partikler opp i en enorm hastighet f?r de skytes mot atomkjerner.
N?r Gjestvang beskyter plutonium med protoner, splittes plutoniumet opp i to mindre atomkjerner. Disse fragmentene kvitter seg med energien sin ved ? sende ut n?ytroner og gamma-str?ler. P? syklotronen er det mulig ? m?le gamma-str?lene.
– Vi m?ler gamma-str?lene for ? finne ut av om simuleringsmodellen greier ? forutsi hva som skjer.
Sp?rsm?let hennes er:
– Hvis simuleringsmodellen ikke klarer ? forutsi fisjonen for plutonium-kjerner, har vi ikke skj?nt hva som skjer. Da kan ikke modellen v?r brukes i mer kompliserte tilfeller, slik som ? forutsi hva som skjer n?r supertunge kjerner fisjonerer.
Modellen hennes klarer seg s?nn passe bra. S? langt er alt vel.
– N?r vi derimot trenger dypere inn i problemet for ? forst? mer av fysikken, er det noe i modellene som ikke stemmer med eksperimentene v?re.
Spinnvilt
Et av de ul?ste problemene i fisjon er det kjernefysikerne kaller for spinn og angul?rmomentet til fisjonsfragmentene. Hold deg fast! Dette er s?kalte kvantemekaniske egenskaper i atom?re partikler. For kjernefysikerne er spinn og angul?rmoment viktige brikker for ? kunne forst? hva som skjer n?r en atomkjerne deler seg i to.
– Hva i alle dager er spinn og angul?rmomentet?
– Hvis du skal skrive dette popul?rvitenskapelig, g?r det fint an ? si at kjernen snurrer eller spinner. Selv om det ikke er snakk om klassisk rotasjon, er det likevel en fin analogi.
Gjestvang har allerede v?rt med p? ? oppdage en overraskende egenskap i spinn som ikke har latt seg forklare.
– Vi har sett p? en kjerne som ikke spinner f?r den deles. N?r kjernen deles, spinner fragmentene uavhengig av hverandre. Det var uventet. Vi trodde det var en sammenheng mellom spinningen til de to fragmentene. Modellene beskriver ikke at fragmentene spinner uavhengig av hverandre. Da m? modellene forbedres.
Sv?rt puslespill
Det store sp?rsm?let som leseren kanskje har stilt seg, er hva denne oppdagelsen i spinnets forunderlige verden har ? si i praksis.
– Fisjonsmodeller brukes for ? simulere varmeutviklingen i reaktorer og for ? forst? hva som skjer i n?ytronstjernekollisjoner. Dette er et sv?rt puslespill. Jeg jobber bare med én brikke. Alle sitter med hver sin lille brikke. S? pr?ver vi ? f? brikkene til ? passe sammen.
– N?r vet kjernefysikerne alt om fisjon?
– Vi pr?ver ? l?se de kjente problemene som vi fortsatt ikke har svar p?. Men hva med alle de problemene som vi fortsatt ikke vet noe om? De er fortsatt ukjente. Det er derfor umulig ? svare p? sp?rsm?let ditt.