Ruptura de parejas y efectos coulombianos en la fisión fría de las reacciones U-233(nth,f), U-235(nth,f) y Pu-239(nth,f)

Abstract

Se muestra las consecuencias erosivas de la emisión de neutrones sobre la distribución de número de masa (A) y energía cinética (E) de los fragmentos de fisión inducida por neutrones térmicos de U-233 y U-235, respectivamente. Además se muestra los efectos de la ruptura de parejas de nucleones, y de la interacción electrostática entre fragmentos en el punto de escisión, sobre la distribución de masa y energía cinética en la región fría de la fisión inducida por neutrones térmicos de U-233, U-235 y Pu-239, respectivamente. La emisión de neutrones erosiona los efectos par-impar sobre la distribución de número de neutrones (δN) de los fragmentos, definido como la diferencia de los rendimientos relativos de los fragmentos con número par (N_p) y número impar (N_i) de neutrones, respectivamente. Para evitar los efectos de la emisión de neutrones, se estudia la fisión fría, i.e. eventos de fisión sin emisión de neutrones. Para el estudio, se selecciona ventanas de energía cinética total (TE) cercanas al valor máximo de la energía disponible de la reacción, las que corresponden a bajos valores de energía de excitación total. Contrario a lo que se esperaba, en estas ventanas de elevada energía cinética se observa un débil efecto par-impar sobre la distribución de masa de fragmentos. Sin embargo, este resultado es compatible con un alto efecto par-impar sobre la distribución de cargas o sobre la distribución del número de neutrones. Por otro lado, en la fisión fría se observa que el valor mínimo de la energía de excitación total (X) que alcanzan los fragmentos, en función de la masa, está correlacionada con el “exceso de energía electrostática” definido como la diferencia entre la energía de interacción electrostática entre los fragmentos complementarios (asumidos esféricos) en el punto de escisión y el valor máximo de la energía disponible (Q). Esta correlación da cuenta de las fluctuaciones de la energía cinética máxima en función de la masa. Este efecto crece con la asimetría de las fragmentaciones de carga. En suma, los datos experimentales sobre la fisión fría sugieren que las configuraciones de escisión exploran todas las posibilidades que permite la energía disponible para la fisión.

This paper shows the erosive consequences of neutron emission on the mass and kinetic energy distribution associated to fragments from neutron thermal induced fission of U-233, U-235. In addition, it is shown the effects of pair breaking and Coulomb interaction between fragments at scission on the distribution of mass and kinetic energy in the cold region of the thermal induced fission of U-233, U-235 and Pu-239, respectively. The fission process ends at the scission point, when the complementary fragments 1 and 2, having mass numbers A_1 and A_2, respectively, are formed. Those fragments go away from each other and they acquire kinetic energies E_1 and E_2, respectively. However, before they reach detectors, the fragments emit n_1 and n_2 neutrons. Thus, the final detected fragments have mass numbers m_1(= A_1-n_1) and m_2 (= A_2-n_2) and kinetic energies e_1 (= E_1[1-n_1/A_1]) and e_2 (= E_2 [1-n_2/A_2]), respectively (In the case that only one fragment is detected, the subscripts are omitted). As a result, in regions where the average of E, as a function of A,varies abruptly, the distribution of e, will be wider than it was for the distribution of E as a function of A. Furthermore, the emission of neutrons erodes odd-even effects on the distribution of neutron number (δN), defined as the difference between relative yields associated to fragments with even neutron number (N_e) and odd neutron number (N_o), respectively. Neutron emission, consequently, also erodes the odd-even effect on the mass number distribution (δA) associated to fission fragments. In order to avoid these neutron emission effects, cold fission, i.e. fission with no neutron emission, is studied. For such study one selects windows of total kinetic energy (TE) near the maximum available energy (Q), corresponding to the minimal total excitation energy(X). Contrary to expected, in that low excitation energy region, a weak even-odd effect on mass number distribution is observed. This result is compatible with a strong odd-even effect on proton or neutron number distributions. Moreover, in cold fission, X as a function of A is correlated with the "Coulomb energy excess", which is defined as the difference between the electrostatic energy interaction in the scission point and the reaction Q-value. This effect is responsible of the fluctuations in the maximum kinetic energy as a function of the mass number. The Coulomb effects increase with the asymmetry of the charge fragmentations. In sum, the experimental data on cold fission suggest that scission configurations explore all the possibilities permitted by the available energy for fission.