Le noyau d'uranium-235, après avoir capturé un neutron lent, ne se fragmente pas immédiatement. D'abord, il semble rester coincé dans deux « puits » – des états de formes différentes. Le premier, fondamental, est une goutte légèrement allongée. Le second, isomérique, est une goutte plus étirée, mais pas encore rompue. Le passage d'un puits à l'autre ressemble au franchissement d'une colline, puis d'une barrière externe, après quoi commence la rupture irréversible.
Pour la première fois, les scientifiques ont suivi le mouvement du noyau dans chacun de ces puits séparément. Ils ont utilisé une méthode de calcul qui n'était auparavant appliquée qu'à la dernière étape – de la « selle » (le point où le noyau est prêt à se rompre) jusqu'à la rupture elle-même. Il s'est avéré que dans les deux puits, le mouvement est fortement « visqueux » : la forme du noyau ne change pas librement, mais comme dans un sirop épais. Mais il y a une différence. Dans le puits fondamental, toute déviation initiale de la forme s'atténue rapidement – le noyau adopte presque immédiatement une forme régulière et symétrique. Dans le puits isomérique, c'est différent : la forme du noyau commence à osciller avec une grande amplitude, presque comme un pendule, sans se calmer longtemps.
Autre découverte : dans les deux puits, le noyau a une faible probabilité d'émettre un neutron. Cela signifie que, avant même la rupture, l'uranium peut perdre une partie de sa masse. Ces neutrons peuvent influencer la réaction en chaîne dans un réacteur ou une bombe.
Auparavant, ces premières étapes de la fission n'étaient décrites que par des modèles grossiers. Désormais, un calcul microscopique est disponible, qui peut être combiné avec l'image déjà connue de la dernière étape. Ainsi se dessine une histoire complète : de la capture du neutron à la dispersion des fragments. Cela permettra de prédire plus précisément la quantité d'énergie libérée et les isotopes produits dans les réacteurs.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2608.08875v1
In fission induced by low energy neutrons, the mother nucleus spends a significant fraction of the time in the ground state and isomer wells, eventually passing beyond the outer barrier, where the primary fission fragments properties are defined. Despite this, the dynamics of these two early stages have not been investigated using microscopic models. This study examines the evolution of the mother nucleus in both wells separately, using time-dependent density functional theory, which has been previously used to treat the saddle-to-scission stage of fission for $$^{235}$$U(n,f) reactions. These two early stages of fission are essential blocks in the final theory of the formation and evolution of a compound nucleus. The present study shows that the dynamics in both wells is strongly dissipative, similar to the dynamics from saddle to scission. It also reveals that while the initial mass asymmetry of the system quickly settles to very small fluctuations in the ground state well, in the isomeric well, the mass asymmetry oscillates with a rather large amplitude, in almost harmonic motion. Furthermore, with low probability, neutrons are emitted in both wells.
Le puits isomérique de l'uranium-235 a été découvert dès les années 1960, mais son rôle dans la fission est resté mystérieux. On sait maintenant qu'il agit comme une « balançoire » pour la forme du noyau.