東京理工學(xué)院科學(xué)家對現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了擴(kuò)展，使其能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測核裂變反應(yīng)的產(chǎn)物。核裂變是一個(gè)原子的原子核分裂過程，通常導(dǎo)致兩個(gè)更小的，不一定相等的原子形成(這被稱為二元裂變，因?yàn)橛袃蓚€(gè)裂變產(chǎn)物)。

盡管核裂變已經(jīng)在全球核電站中被利用了幾十年，但我們對核裂變反應(yīng)的理解和模型仍有許多空白?？茖W(xué)家們觀察到有四種不同的裂變模式，它們廣泛地表明了裂變事件將產(chǎn)生何種類型的核物種。這些模式與原子核完全分裂之前的兩個(gè)原子核形狀有關(guān)。其中兩種模式被稱為標(biāo)準(zhǔn)模式，是非對稱的，它們產(chǎn)生較輕的原子核和較重的原子核。

博科園-科學(xué)科普：另外兩種被稱為超長和超短裂變模式，它們都產(chǎn)生兩個(gè)幾乎相同的原子核。一個(gè)用于預(yù)測各種重元素裂變產(chǎn)物(及其動能)的模型涉及3-D朗格文方程。這些三維方程是基于三個(gè)變量，這三個(gè)變量是為即將經(jīng)歷二元裂變的原子核定義：左右碎片中心之間的距離，碎片尖端的變形，以及它們在質(zhì)量或體積上的差異，稱為質(zhì)量不對稱。雖然這個(gè)模型已經(jīng)成功地應(yīng)用于許多重核，但是它的預(yù)測與一些費(fèi)米(256Fm和258Fm)和門捷列夫(260Md)同位素的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不相符。東京理工大學(xué)的一組科學(xué)家，包括千葉聰(Satoshi Chiba)教授，利用4-D Langevin方程，試圖增強(qiáng)這一模型。

并利用它來理解這些同位素發(fā)生了什么，新模型的方程如圖所示：核即將發(fā)生裂變的模型，將表示碎片尖端變形的變量替換為兩個(gè)自變量，這兩個(gè)自變量允許這些變形是不同的，而不是總是對稱。這種額外的自由度使得新模型可以解釋以前在使用前一個(gè)模型時(shí)所無法解釋的問題。256Fm和258Fm裂變產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(如圖所示，256Fm和258Fm裂變產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算數(shù)據(jù))表明：256Fm的標(biāo)準(zhǔn)裂變模式占主導(dǎo)地位；而258Fm和260Md的數(shù)據(jù)表明：超短裂變模式的可能性更大。研究小組推斷，兩個(gè)碎片在斷裂時(shí)的形狀對裂變產(chǎn)物及其動能有非常相關(guān)的影響，迫使碎片尖端的變形相等會導(dǎo)致不準(zhǔn)確預(yù)測。

三維（3D）朗格文方程無法解決這些同位素在標(biāo)準(zhǔn)裂變模式和超短裂變模式之間觀察到的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)在，有了4-D Langevin模型，這就解決了。該小組計(jì)劃進(jìn)一步改進(jìn)該模型，以增強(qiáng)其對許多原子核裂變反應(yīng)的預(yù)測能力。使用這樣的模型，研究人員可以更容易地研究和解釋與裂變有關(guān)的現(xiàn)象，如上述費(fèi)米同位素的躍遷。模型讓我們能夠以一致的方式解釋這些轉(zhuǎn)變是如何發(fā)生的。如果我們要繼續(xù)改進(jìn)現(xiàn)有的核技術(shù)以確保可靠的能源來源，就必須更好地理解和更好地模擬核裂變。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?東京理工大學(xué)

參考期刊文獻(xiàn):《Scientific Reports》

DOI: 10.1038/s41598-018-37993-7

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