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原子核裂变(原子核裂变的过程!)

原子核裂变(原子核裂变的过程!)

东京理工学院科学家对现有的数学模型进行了扩展,使其能够更准确地预测核裂变反应的产物。核裂变是一个原子的原子核分裂过程,通常导致两个更小的,不一定相等的原子形成(这被称为二元裂变,因为有两个裂变产物)。尽管核裂变已经在全球核电站中被利用了几十年,但我们对核裂变反应的理解和模型仍有许多空白。科学家们观察到有四种不同的裂变模式,它们广泛地表明了裂变事件将产生何种类型的核物种。这些模式与原子核完全分裂之前的两个原子核形状有关。其中两种模式被称为标准模式,是非对称的,它们产生较轻的原子核和较重的原子核。

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博科园-科学科普:另外两种被称为超长和超短裂变模式,它们都产生两个几乎相同的原子核。一个用于预测各种重元素裂变产物(及其动能)的模型涉及3-D朗格文方程。这些三维方程是基于三个变量,这三个变量是为即将经历二元裂变的原子核定义:左右碎片中心之间的距离,碎片尖端的变形,以及它们在质量或体积上的差异,称为质量不对称。

虽然这个模型已经成功地应用于许多重核,但是它的预测与一些费米(256Fm和258Fm)和门捷列夫(260Md)同位素的实验数据并不相符。东京理工大学的一组科学家,包括千叶聪(Satoshi Chiba)教授,利用4-D Langevin方程,试图增强这一模型。

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当核心生物分裂成两个碎片时,它会经历变形,这些变形必须在模型中得到精确的解释,才能准确地做出预测。图片:Scientific Reports

并利用它来理解这些同位素发生了什么,新模型的方程如图所示:核即将发生裂变的模型,将表示碎片尖端变形的变量替换为两个自变量,这两个自变量允许这些变形是不同的,而不是总是对称。这种额外的自由度使得新模型可以解释以前在使用前一个模型时所无法解释的问题。

256Fm和258Fm裂变产物的实验数据(如图所示,256Fm和258Fm裂变产物的实验和计算数据)表明:256Fm的标准裂变模式占主导地位;而258Fm和260Md的数据表明:超短裂变模式的可能性更大。研究小组推断,两个碎片在断裂时的形状对裂变产物及其动能有非常相关的影响,迫使碎片尖端的变形相等会导致不准确预测。

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根据256Fm和258Fm的质量数,给出了的裂变产物。这些图显示了使用3D模型(蓝线)计算的数据与实验数据(红点)之间的差异。相比之下,用4D模型(黑线)计算的数据更符合实验结果。图片:Scientific Reports

三维(3D)朗格文方程无法解决这些同位素在标准裂变模式和超短裂变模式之间观察到的转变。现在,有了4-D Langevin模型,这就解决了。该小组计划进一步改进该模型,以增强其对许多原子核裂变反应的预测能力。使用这样的模型,研究人员可以更容易地研究和解释与裂变有关的现象,如上述费米同位素的跃迁。模型让我们能够以一致的方式解释这些转变是如何发生的。如果我们要继续改进现有的核技术以确保可靠的能源来源,就必须更好地理解和更好地模拟核裂变。

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博科园-科学科普|研究/来自: 东京理工大学

参考期刊文献:《Scientific Reports》


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