Image
Illustrasjon av atomkjerner.

Hva skjer i det øyeblikket en atomkjerne deles i to biter? Et eksperiment ga forskerne noe å tygge på. Illustrasjon: © Birdeesign/Luc Petizon

Uventet resultat ga innsikt i hva som skjer når atomkjerner splittes

En kjerne som deler seg, oppfører seg litt som en strikk som strekkes og ryker. Nå er oppdagelsen publisert i Nature.

Se for deg en stor, fin atomkjerne med mange nøytroner og protoner i kjernen. Slike kjerner deles av og til i to, enten det er fordi den fra naturens side er litt ustabil eller fordi vi hjelper den litt på vei.

For når en atomkjerne spaltes i to – fisjonerer – frigjøres store mengder energi. Prosessen utnyttes på kontrollert måte i kjernereaktorer. Fisjon spiller også en rolle i naturlige prosesser, som når tunge grunnstoffer dannes i kollisjoner mellom nøytronstjerner.

Oppdagelse fra 1930-tallet

En del aspekter ved fisjon er fremdeles dårlig forstått selv om oppdagelsen stammer fra 1930-tallet. Blant annet har det vist seg at selv om den store kjernen i utgangspunktet ikke roterer, kan de to fragmentene etter fisjonen spinne, uten at en har vært sikker på hvorfor.

Dorthea Gjestvang på Syklotronlaboratoriet på UiO. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

– Det har versert flere ulike teorier om dette, sier Dorthea Gjestvang, som tar doktorgrad på fisjon ved UiO. Hun forteller at hittil har ikke eksperimentene kunnet skille mellom de ulike teoriene.

En internasjonal forskergruppe satte seg fore å undersøke spinnet til fisjonsprodukter nærmere. De gjennomførte eksperimenter i til sammen 1200 timer på Irène-Joliot-Curie-laboratoriet i Orsay ved Paris. 

Gjestvang, som var masterstudent da eksperimentene ble gjort, deltok på eksperimentet sammen med medstudent Wanja Paulsen og doktorgradsstipendiat Fabio Zeiser. 

Resultatet ble ikke helt som ventet

Under analysen av dataene fikk imidlertid forskerne seg en overraskelse. Istedenfor å kunne avgjøre hvilken av teoriene som stemte, oppdaget de at de trengte en ny forklaring for å forklare resultatene.

– Det var helt mot forventningen, og det er veldig gøy! sier Gjestvang.

Prosjektlederen ved laboratoriet i Orsay er Gjestvangs veileder under doktorgradsarbeidet. Hun ble derfor hentet inn for å bidra i diskusjonen sammen med leder for kjernefysikkgruppa i Oslo, Sunniva Siem.

– Jeg fikk delta i drøftingen av resultatene og i artikkelskriving gjennom hele prosessen fram til publisering, forteller hun.

Gjestvang tyr til en metafor for å forklare hva som skjer med atomkjernene i eksperimentet. Tenk deg to astronauter som svever fritt i rommet. Hvis de dytter på hverandre, kan de begynne å rotere, og da vil de spinne like mye og i hver sin retning.

Det var forventet at det samme skulle skje med kjerner som splittes. Men da forskerne skulle analysere data fra eksperimentene i Orsay, oppdaget de tvert om at de to restene etter fisjonen roterte uavhengig av hverandre. Dessuten viste rotasjonen seg å være avhengig av hvor tunge disse restene var.

Er du interessert i forskningsnyheter om realfag og teknologi: Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

Endte opp med helt ny teori

– Det var veldig rart. Ingen av teoriene forutså dette, så vi var nødt til å komme opp med en ny forklaring, sier Gjestvang.

Forklaringen forskerne etterhvert kom fram til, var å se på kjernen som en strikk. Drar du hardt nok i strikken, vil den ryke, og de to delene “blafrer” litt frem og tilbake mens strikkene trekker seg sammen. Tilsvarende for atomkjernen genereres det spinn når den deles i to.

– Prosessen fram til vi hadde en forklaring, var utrolig interessant og ikke minst spennende, sier Gjestvang.

Hun forteller at hun på et tidspunkt underveis satt i en samtale med en annen gruppe forskere som hadde tilsvarende resultater, men som trodde det var feil i dataene.

– Vi måtte holde munn om våre egne resultater, siden vi holdt på å publisere dem, sier hun.

Nå er artikkelen publisert i Nature, og hun er spent på hva andre kjernefysikere sier om den nye teorien og om andre eksperimenter klarer å gjenskape resultatene fra Orsay.

Les mer om Gjestvangs forskning: Student-eksperiment på plutonium vekker oppsikt blant toppforskere

Den vitenskapelige artikkelen:

Wilson, J.N., Thisse, D., Lebois, M. et al. Angular momentum generation in nuclear fission. Nature 590, 566–570 (2021)