Os resultados do experimento de física Chi-Nu no Laboratório Nacional de Los Alamos, do Departamento de Energia dos EUA, fornecem dados importantes nunca antes vistos para melhorar as aplicações de segurança nuclear, compreender a segurança da criticidade e projetar reatores rápidos de energia de nêutrons. O Projeto Chi-Nu, um experimento de anos que mede o espectro de energia dos nêutrons emitidos pela fissão induzida por nêutrons, concluiu recentemente a mais detalhada e extensa análise de incerteza dos três principais elementos actinídeos, urânio-238, urânio-235 e plutônio-239.
Jaime Gomez (à esquerda) e Keegan Kelly montaram o experimento Chi-Nu, calibrando a distância do detector e instalando tubos de gás para o alvo de contagem de fissão (centro). Fonte: Laboratório Nacional de Los Alamos
Keegan Kelly, físico do Laboratório Nacional de Los Alamos, disse: "A fissão nuclear e as reações nucleares em cadeia relacionadas foram descobertas há mais de 80 anos, e os experimentalistas ainda estão trabalhando para fornecer uma imagem completa do processo de fissão dos principais actinídeos. Ao longo do projeto, observamos características distintas do processo de fissão que, em muitos casos, nunca haviam sido observadas em nenhum experimento anterior."
O estudo final Chi-Nu da equipe de Los Alamos sobre o isótopo urânio-238 foi publicado recentemente na revista Physical Review C. O experimento mediu o espectro de nêutrons de fissão instantânea do urânio-238: a energia dos nêutrons indutores de fissão - aqueles que atingiram o núcleo e o dividiram - e a distribuição de energia potencialmente ampla (espectro) dos nêutrons assim liberados. O foco do experimento Chi-Nu é a fissão "induzida por nêutrons rápidos", onde os nêutrons incidentes têm energias de até milhões de elétron-volts e para os quais as medições são geralmente escassas.
O físico Keegan Kelly instalou um alvo de contagem de fissão para o experimento Chi-Nu, que contém cerca de 100 miligramas dos actinídeos relacionados. O dispositivo inclui 54 detectores de nêutrons de cintilação líquida e 22 detectores de vidro de lítio para medir nêutrons em diferentes faixas de energia. Fonte: Laboratório Nacional de Los Alamos
Dados importantes para trabalhos relacionados à fissão
Juntamente com medições semelhantes feitas em urânio-235 e plutônio-239, os resultados do experimento Chi-Nu são agora, em muitos casos, a principal fonte de dados experimentais que orientam avaliações modernas de espectros de nêutrons de fissão transitória. Estes dados fornecem a base para modelos nucleares, cálculos de Monte Carlo, cálculos de desempenho de reatores, etc.
Os actinídeos e suas possíveis reações em cadeia são importantes para armas nucleares e reatores de energia. (Os actinídeos referem-se aos 15 elementos com números atômicos de 89 a 103. Eles são todos radioativos.) Quando um núcleo se fissão ou divisão, vários nêutrons são liberados, o que pode causar a fissão de núcleos vizinhos, resultando em uma reação em cadeia. A probabilidade de reações subsequentes em uma reação em cadeia depende da energia do nêutron de fissão.
Processo experimental LANSCE
O experimento Chi-Nu, conduzido no Centro de Pesquisa de Nêutrons de Armas do Centro de Ciência de Nêutrons de Los Alamos (LANSCE), depende de instrumentos de precisão que testam múltiplas faixas de energia. O feixe de prótons LANSCE atinge o alvo de tungstênio e os nêutrons produzidos voam ao longo da trajetória de vôo em direção ao dispositivo Chi-Nu. Quando esses nêutrons atingem o isótopo do urânio-238, ocorre um evento de fissão, no qual o núcleo do urânio-238 se divide e é registrado. Dependendo da faixa de energia do experimento, os nêutrons emitidos pelo evento de fissão são então medidos em uma série de cintiladores líquidos ou detectores de vidro de lítio, ambos registrando o flash de luz que os nêutrons causam dentro do detector.
aplicações futuras
Os pesquisadores continuam a delinear o quadro completo dos isótopos de actinídeos. Num trabalho adjacente financiado pelo Programa de Criticidade e Segurança Nuclear, a equipa da Experiência Chi-Nu está actualmente a recolher e analisar dados sobre o plutónio-240 e o urânio-233.
Com o trabalho de medição do Office of Experimental Science agora concluído, a equipe está procurando aplicar as habilidades e métodos adquiridos nas medições de nêutrons de fissão às medições de uma série de outros isótopos. Eles também estão avançando na medição dos nêutrons emitidos pela reação de dispersão de nêutrons. Nessas reações, os nêutrons passam através do material, depositando energia ao fazê-lo. Junto com a medição da energia e dos espectros angulares dos nêutrons emitidos e dos raios gama, a probabilidade de ocorrência de uma reação também é medida, muitas vezes chamada de seção transversal de espalhamento de nêutrons.