A tórium fotohasadásának vizsgálata

Az előzőekben bemutatott kísérleti programunk első lépéseként a ²³⁸U és a ²³²Th izotópok fotohasadásának nagy energiafeloldású vizsgálatát tervezzük. A világon először vizsgáljuk majd a korábban már említett "izomer váll" finomszerkezetét, másrészt magreakció számítások elvégézésével és a mért adatainkhoz való hasonlításával a hasadási gát paramétereit határozzuk majd meg nagy pontossággal. Célozzuk ugyanakkor potenciális ipari alkalmazások felkutatását is, különös tekintettel a nagy amplitúdójú rezonanciák radioaktív hulladékkezelésben való alkalmazhatóságának vizsgálatára.
Az izomer váll hasadási rezonanciákra való feloldása során kulcsfontosságú a rezonanciák azonosítása (az ún. spin és K-értékek meghatéározása) és annak eldöntése, hogy melyik potenciálminimumhoz tartoznak. Az oktupól- és kvadrupóldeformációval rendelekező 3. minimum sajátos tulajdonsága a váltakozó paritású forgási állapotokat tartalmazó forgási sávok megjelenése (0⁺,1^-,2⁺,3^-,...), míg a második, csak kvadrupóldeformációval rendelekző minimumban a negatív és pozitív paritású sávok különállva jelennek meg, (0+,2+,4+,...) és (1-,3-,5-,...) szerkezettel. Mivel a gát-alatti fotohasadás erősen spin-szelektív, a harmadik minimumban 1- és 2+ állapotkettősök megfigyelését várhatjuk ~6 keV-es energiaközökkel, míg a második potenciálvölgyben egymástól függetlenül, lecsatolódva jellenek meg ezek a 1- és 2+ rezonanciák. Foto-indukált reakcióban így a második és harmadik völgybeli rezonanciák nagy biztonsággal megkülönböztethetők, azonban a hasadványok szögeloszlásának mérése alapvető fontosságú a spin és paritás meghatározása érdekében. A belső (első) hasadási gát magasságainak, illetve a szuperdeformált állapotok nívósűrűségéből kikövetkeztethető második völgy E_II mélységének meghatározásával, a ²³²Th eddig még nem ismert, de feltételezhetően létező izomerállapotának életidejére tudunk majd becslést adni. Ezenkívül a hasadó mag rezgési állapotainak széles energiatartományban történő feltérképezésével értékes információt nyerhetünk arról is, hogy a második potenciálminimum leírható-e egyáltalán harmonikus potenciállal, mint ahogy azt jelenlegi közelítéseinkkel tesszük.

A magon belüli nukleoncsoportok (klaszterek) kialakulásának lehetőségét figyelembe vevő elméleti megfontolások olyan jóslatokkal szolgálnak, hogy a hiperdeformált magállapotok egy gömbszerű, mágikus neutron- (N=82) és protonszámot jelentő (Z=50) ¹³²Sn klaszterből (nukleoncsoportból), és egy megnyúlt alakkal rendelkező kiegészítő nukleoncsoportból áll. Mivel a hasadási termékek tömegeloszlását a hasadási pont (nyeregpont) szerkezete határozza meg, és a 3. völgy nagyon közel áll a hasadási ponthoz, azt várjuk, hogy a 3. minimumból származó tömegeloszlás sokkal aszimmetrikusabb eloszlást mutat nagyobb csúcs-völgy aránnyal, mint az 1. völgybeli (normál deformált) állapotok hasadása során keletkező hasadványoké. Ilyen effektust eddig azonban nem sikerült kimutatni főleg a erős nem-rezonancia hasadási háttér miatt. Kutatási programunkban ezért a ²³²Th hiperdeformált állapotainak bomlásából származó hasadási termékek tömegeloszlásának nagy hatásfokú és feloldású illetve alacsony hátterű vizsgálatát is tervezzük.

Hosszútávú terveink között szerepel az urán és tóriumizotópok második völgybeli gamma átmeneteinek, illetve azok első völgybe történő visszabomlásának tanulmányozása is. Ezzel elérhetővé válik az izomerállapot gerjesztési energiájának nagyon pontos (ΔE/E=10^-3) meghatározása is, mely jelenleg egyetlen tóriumizotópnál sem ismert. Sőt, a megnövekedett E1 (dipól) gamma-erősségnek és a foto-magreakciók spin-szelektivitásának köszönhetően először nyílhat lehetőség arra, hogy gamma-spektroszkópiai információt nyerjünk a hiperdeformált potenciálminimum állapotait illetően! Erre korábban szintén nem volt lehetőség.

A hasadási rezonancia jelensége ipari alkalmazást tekintve további lehetőségekkel kecsegtet. A harmadik minimum rezonanciái az első völgybelieknél sokkal erősebben gerjeszthetők: a nagy deformáció következtében az óriás dipólrezonancia két komponensre szakad, és egy alacsonyan fekvő rezgés jelenik meg a hosszú szimmetriatengely mentén tipikusan E=4-5 MeV gerjesztési energiával. Elképzelésünk szerint a nagy áthatolóképességű γ-nyalábok egy rendkívül hasznos alkalmazása lehetne a radioaktív hulladéktárolókban levő hosszú életidejű aktinidák transzmutációja a 3. völgy előre feltérképezett és kiválaszott, nagy amplitúdójú rezonanciának gerjesztésével, mely során ezen aktinidák indukált hasadásával ártalmatlan, rövid életidejű, gyengén radioaktív hasadványok keletkeznének a hulladéktárolók érintetlenül hagyása mellett!