18 jun. 2025
3 minuten
Een internationaal team van natuurkundigen heeft verrassende patronen ontdekt in de manier waarop instabiele atoomkernen splijten. In een grootschalig experiment, waaraan onder meer onderzoekers van Chalmers University of Technology deelnamen, zijn meer dan 100 exotische isotopen onderzocht. De bevindingen, onlangs gepubliceerd in Nature, geven nieuw inzicht in de fundamentele processen achter kernsplijting en de rol van zogeheten ‘shell effects’.
De metingen zijn uitgevoerd bij het GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Duitsland. Daar werd een berylliumdoelwit beschoten met een uraniumbundel die zich met 86,7% van de lichtsnelheid voortbewoog. De botsingen produceerden honderden isotopen met uiteenlopende combinaties van neutronen en protonen. Deze werden vervolgens geïdentificeerd en geanalyseerd op hun splijtingsgedrag.
Voor het eerst werd het splijtingsproces in kaart gebracht bij isotopen met zeer extreme neutron-proton-verhoudingen, met name in het gebied rond platina, kwik en lood. Veel van deze kernen zijn zo instabiel dat ze nooit eerder op deze manier konden worden onderzocht.
Inbreng van Zweedse onderzoekers
De studie is het resultaat van een internationale samenwerking die ruim 25 jaar in beslag nam. Vanuit Chalmers leverden Associate Professor Andreas Heinz en zijn collega’s een belangrijke bijdrage aan het experiment, de data-analyse en de interpretatie van de resultaten.
‘Kernsplijting is een proces dat al heel lang wordt onderzocht, maar meestal bij een beperkt aantal isotopen’, zegt Andreas Heinz. ‘Bij langlevende isotopen zoals uranium is dat geen probleem, maar bij kortlevende kernen is dat veel lastiger. En juist die hebben we in dit werk kunnen bestuderen.’
Rol van protonenschillen
Uit het onderzoek blijkt dat het splijtingsproces vaak asymmetrisch verloopt: het ene fragment is zwaarder dan het andere. De oorzaak hiervan ligt in de stabiliteit die bepaalde aantallen protonen of neutronen geven aan de gevormde fragmenten, een effect dat bekendstaat als ‘shell structure’.
In deze studie werd duidelijk dat een specifieke protonenschil (namelijk die met 36 protonen) een stabiliserend effect heeft op het lichte fragment. Daardoor is de kans groter dat de kern op die manier splijt.
‘We proberen te achterhalen welke schileffecten ervoor zorgen dat een kern splitst in een licht en een zwaar fragment’, zegt Heinz. ‘Dat is moeilijk te voorspellen én lastig experimenteel aan te tonen. We hebben nu een gebied van kernen kunnen meten dat tot dusver nauwelijks is onderzocht.’
Volgens hem is vooral opvallend hoe duidelijk het effect van de protonenschil in de data zichtbaar werd: ‘Het was verrassend hoe sterk dit effect naar voren kwam in de metingen.’
Nieuwe bouwstenen voor kernfysica
De resultaten bieden volgens Heinz belangrijke aanknopingspunten voor toekomstig onderzoek.
‘Hoe het complexe proces van kernsplijting precies werkt, is nog altijd een open vraag. Er bestaat op dit moment geen enkel model dat het hele proces volledig beschrijft’, zegt hij. ‘En ook experimenteel is het lastig om alle relevante grootheden te meten en precies de informatie te krijgen die je nodig hebt. Maar omdat we nu toegang hebben tot gegevens over veel meer splijtende kernen, is ons begrip van hoe kernschillen het splijtingsproces beïnvloeden echt veranderd.’
Door meer inzicht te krijgen in hoe atoomkernen splijten, kunnen wetenschappers beter begrijpen hoe elementen in het universum ontstaan én hoe kernenergie efficiënter en veiliger geproduceerd kan worden. Toch blijven er nog veel vragen open, want een eenduidig model voor het complexe splijtingsproces is er nog altijd niet.
Het laatste nieuws
