Isotopic fission yields of ${}^{240}$Pu as a function of the excitation energy

तकनीकी सारांश: उत्तेजना ऊर्जा के फलन के रूप में $^{240}$Pu की समस्थानिक विखंडन उपज (Isotopic Fission Yields)

समस्या और प्रेरणा
विखंडन प्रक्रिया परमाणु पदार्थ के गतिक प्रभावों और परमाणु संरचना की जांच के लिए एक महत्वपूर्ण प्रयोगशाला के रूप में कार्य करती है। जबकि परमाणु संरचना कम उत्तेजना ऊर्जाओं पर विषम विखंडन (asymmetric fission) की ओर ले जाने वाले विशिष्ट विभव ऊर्जा विन्यासों का पक्ष लेती है, और सैडल (saddle) एवं स्किशन (scission) बिंदुओं के बीच गैर-साम्यावस्था सामूहिक गति अपव्यय (dissipation) और जड़त्व से प्रभावित होती है, इन पहलुओं के बीच के अंतर्संबंधों का पूर्ण सूक्ष्म विवरण (microscopic description) अभी भी अप्राप्य बना हुआ है। विशेष रूप से, प्री-फ्रैगमेंट संरचना के निर्धारण के समय, प्रक्रिया के अपव्ययी चरित्र, कोणीय संवेग उत्पादन, और अन्य क्षय चैनलों के साथ प्रतिस्पर्धा के संबंध में खुले प्रश्न बने हुए हैं। ऐतिहासिक रूप से, प्रयोगात्मक सीमाओं ने केवल दीर्घकालिक विखंडित प्रणालियों और विखंडन खंडों (fragment masses) तक ही पहुंच को सीमित कर दिया था। हालिया प्रगति, जिसमें सरोगेट तकनीक और व्युत्क्रम गतिज (inverse kinematics) शामिल हैं, ने विलुप्त प्रणालियों और पूर्ण खंड वितरणों तक पहुंच का विस्तार किया है, फिर भी विखंडन-खंड अवलोकनीय (observables) के सटीक मापन की आवश्यकता है ताकि सैद्धांतिक मॉडलों को निर्देशित और चुनौती दी जा सके।

कार्यप्रणाली
यह अध्ययन प्रारंभिक उत्तेजना ऊर्जा ($E_x$) के फलन के रूप में $^{240}$Pu के पूर्ण समस्थानिक विखंडन उपज वितरणों की रिपोर्ट करता है। यह प्रयोग GANIL में 12C लक्ष्य पर 6.14 AMeV पर त्वरित $^{238}$U बीम का उपयोग करके किया गया था। $^{240}$Pu विखंडित प्रणाली को व्युत्क्रम गतिज (inverse kinematics) में एक टू-प्रोटॉन ट्रांसफर अभिक्रिया, $^{12}$C($^{238}$U, $^{240}$Pu$^*$)$^{10}$Be के माध्यम से निर्मित किया गया था।

प्रमुख प्रयोगात्मक घटकों में शामिल थे:

• अभिक्रिया पहचान: विखंडित प्रणाली की पहचान एक खंडित सिलिकॉन टेलीस्कोप (SPIDER) का उपयोग करके लक्ष्य-समान प्रकीर्णन (target-like recoil) $^{10}$Be का पता लगाकर की गई थी। उत्तेजना ऊर्जा को ऊर्जा और संवेग संरक्षण नियमों का उपयोग करके बाइनरी अभिक्रिया के पुनर्निर्माण द्वारा निर्धारित किया गया था।
• उत्तेजना ऊर्जा सुधार: मापी गई उत्तेजना ऊर्जा वितरण को $^{10}$Be की प्रथम उत्तेजित अवस्था ($2^+$) (3.37 MeV) के जनसंख्या के लिए सुधारा गया, जो प्रभावी रूप से $^{240}$Pu प्रणाली के लिए उपलब्ध ऊर्जा को कम करती है।
• खंड पहचान: विखंडन खंडों को VAMOS++ चुंबकीय स्पेक्ट्रोमीटर के फोकल प्लेन पर पहचाना गया। स्पेक्ट्रोमीटर ने खंडों के पूर्ण वितरण के प्रोटॉन ($Z$) और द्रव्यमान ($A$) संख्याओं के समवर्ती मापन की अनुमति दी, जिससे समस्थानिक पहचान संभव हुई।
• डेटा चयन: तीन भारित-औसत उत्तेजना ऊर्जा श्रेणियों का विश्लेषण किया गया: 8.2 MeV, 10.0 MeV, और 11.9 MeV। समस्थानिक उपज को 200% तक सामान्यीकृत किया गया और स्पेक्ट्रोमीटर स्वीकृति और दक्षता के लिए सुधारा गया।

मुख्य योगदान और परिणाम
पांडुलिपि चयनित उत्तेजना ऊर्जा सीमा में $^{240}$Pu के लिए विकसित समस्थानिक, तत्व और द्रव्यमान विखंडन उपज प्रस्तुत करती है।

1. शेल प्रभावों का क्षय (Damping of Shell Effects): जैसे-जैसे उत्तेजना ऊर्जा 8.2 से 11.9 MeV तक बढ़ती है, सममिति घाटी (symmetry valley) (तत्व Rh, Pd, Ag, Cd, In) में उपज बढ़ती है। यह अवलोकन परमाणु शेल प्रभावों के स्पष्ट क्षय को दर्शाता है जो आमतौर पर कम ऊर्जाओं पर विषम विखंडन को संचालित करते हैं।
2. न्यूट्रॉन सामग्री का विकास: न्यूट्रॉन वाष्पीकरण (evaporation) में एक विशिष्ट विषमता देखी गई। जैसे-जैसे $E_x$ बढ़ता है, भारी खंड कम न्यूट्रॉन-समृद्ध आइसोटोप की ओर स्थानांतरित हो जाते हैं, जो बढ़े हुए न्यूट्रॉन वाष्पीकरण को इंगित करता है। इसके विपरीत, हल्के खंडों की न्यूट्रॉन सामग्री उत्तेजना ऊर्जा में वृद्धि से काफी हद तक अप्रभावित रहती है।
3. न्यूट्रॉन अतिरिक्त और स्किशन विन्यास: खंडों के न्यूट्रॉन अतिरिक्त ($\langle N \rangle/Z$) में स्पष्ट चार्ज ध्रुवीकरण (charge polarization) देखा गया। अधिकतम न्यूट्रॉन अतिरिक्त $Z \approx 50$ (दोहरी जादुई $^{132}$Sn के पास) के आसपास होता है, जबकि अधिकतम विखंडन उपज $Z \approx 54$ पर होती है। कुल प्रॉम्प्ट-न्यूट्रॉन बहुलता (multiplicity) $Z=50$ पर न्यूनतम और सममिति पर अधिकतम प्रदर्शित करती है। डेटा सुझाव देता है कि Sn के आसपास का कॉम्पैक्ट स्किशन विन्यास प्रारंभिक उत्तेजना ऊर्जा के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है, जिसमें $Z=50$ पर न्यूट्रॉन वाष्पीकरण बड़े विषमताओं की तुलना में अधिक तेजी से बढ़ता है।
4. मॉडलों के साथ तुलना: प्रायोगिक डेटा की तुलना GEF (जनरल विखंडन) अर्ध-अनुभवजन्य गणनाओं से की गई।
   • सहमति: GEF ने सममिति घाटी में शेल प्रभावों के क्षय और बढ़ती $E_x$ के साथ भारी खंडों में बढ़ते न्यूट्रॉन वाष्पीकरण के सामान्य रुझान को सफलतापूर्वक पुनरुत्पादित किया।
   • विसंगतियां: मॉडल व्यवस्थित रूप से ऐसे हल्के खंडों की भविष्यवाणी करता है जो मापे गए डेटा की तुलना में लगभग आधा न्यूट्रॉन कम न्यूट्रॉन-समृद्ध हैं। इसके अतिरिक्त, GEF न्यूट्रॉन बहुलता में एक मजबूत सम-विषम (even-odd) उतार-चढ़ाव की भविष्यवाणी करता है जो प्रयोगात्मक डेटा में नहीं देखा गया है। मॉडल बहुत विषम विभाजन (asymmetric splits) में उपज का भी अधिक अनुमान लगाता है।

महत्व और दावे
लेखक दावा करते हैं कि यह कार्य उच्च-गुणवत्ता वाला डेटासेट प्रदान करता है जो उच्च उत्तेजना ऊर्जा (फास्ट न्यूट्रॉन रेंज) तक विखंडन उपज की प्रयोगात्मक जानकारी का विस्तार करता है। प्राथमिक महत्व सह-संबंधित अवलोकनीयों (correlated observables) के उपयोग में निहित है—विशेष रूप से द्रव्यमान और प्रोटॉन संख्याओं का समवर्ती मापन—जो संरचनात्मक प्रभावों को गतिक अपव्यय (dynamical dissipation) से अलग करने की अनुमति देता है।

यह अवलोकन कि हल्के खंड अपनी न्यूट्रॉन सामग्री बनाए रखते हैं जबकि भारी खंड अतिरिक्त ऊर्जा का प्रसार करते हैं, स्किशन से पहले एक सुपरफ्लुइड शासन (superfluid regime) में हल्के से भारी खंडों की ओर ऊर्जा के निरंतर प्रवाह का सुझाव देता है। यह निष्कर्ष वर्तमान विखंडन मॉडलों को चुनौती देता है और उन्हें परिष्कृत करता है, जो सटीक मॉडलिंग के लिए सह-संबंधित अवलोकनीयों की आवश्यकता को रेखांकित करता है। लेखक नोट करते हैं कि हालांकि वर्तमान डेटा विखंडन मॉडलों और मूल्यांकनों के लिए बाधाओं में सुधार करता है, लेकिन इसका रिज़ॉल्यूशन प्रयोगात्मक सेटअप द्वारा सीमित है। वे संकेत देते हैं कि भविष्य के प्रयोग जो PISTA सेटअप का उपयोग करेंगे, जो उत्तेजना ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन में चार गुना सुधार प्रदान करता है, इन सीमाओं को संबोधित करेंगे और विखंडन बाधा के पास विखंडन उपज के विकास के सूक्ष्म नमूनाकरण (finer sampling) की अनुमति देंगे।